Merge branch release-2019 into release-2020
[gromacs.git] / docs / user-guide / mdp-options.rst
blobb9901f7b70b1eb1c670721119422b0759ce157bd
1 .. README
2    See the "run control" section for a working example of the
3    syntax to use when making .mdp entries, with and without detailed
4    documentation for values those entries might take. Everything can
5    be cross-referenced, see the examples there. TODO Make more
6    cross-references.
8 Molecular dynamics parameters (.mdp options)
9 ============================================
11 .. _mdp-general:
13 General information
14 -------------------
16 Default values are given in parentheses, or listed first among
17 choices. The first option in the list is always the default
18 option. Units are given in square brackets. The difference between a
19 dash and an underscore is ignored.
21 A :ref:`sample mdp file <mdp>` is available. This should be
22 appropriate to start a normal simulation. Edit it to suit your
23 specific needs and desires.
26 Preprocessing
27 ^^^^^^^^^^^^^
29 .. mdp:: include
31    directories to include in your topology. Format:
32    ``-I/home/john/mylib -I../otherlib``
34 .. mdp:: define
36    defines to pass to the preprocessor, default is no defines. You can
37    use any defines to control options in your customized topology
38    files. Options that act on existing :ref:`top` file mechanisms
39    include
41       ``-DFLEXIBLE`` will use flexible water instead of rigid water
42       into your topology, this can be useful for normal mode analysis.
44       ``-DPOSRES`` will trigger the inclusion of ``posre.itp`` into
45       your topology, used for implementing position restraints.
48 Run control
49 ^^^^^^^^^^^
51 .. mdp:: integrator
53    (Despite the name, this list includes algorithms that are not
54    actually integrators over time. :mdp-value:`integrator=steep` and
55    all entries following it are in this category)
57    .. mdp-value:: md
59       A leap-frog algorithm for integrating Newton's equations of motion.
61    .. mdp-value:: md-vv
63       A velocity Verlet algorithm for integrating Newton's equations
64       of motion.  For constant NVE simulations started from
65       corresponding points in the same trajectory, the trajectories
66       are analytically, but not binary, identical to the
67       :mdp-value:`integrator=md` leap-frog integrator. The kinetic
68       energy, which is determined from the whole step velocities and
69       is therefore slightly too high. The advantage of this integrator
70       is more accurate, reversible Nose-Hoover and Parrinello-Rahman
71       coupling integration based on Trotter expansion, as well as
72       (slightly too small) full step velocity output. This all comes
73       at the cost off extra computation, especially with constraints
74       and extra communication in parallel. Note that for nearly all
75       production simulations the :mdp-value:`integrator=md` integrator
76       is accurate enough.
78    .. mdp-value:: md-vv-avek
80       A velocity Verlet algorithm identical to
81       :mdp-value:`integrator=md-vv`, except that the kinetic energy is
82       determined as the average of the two half step kinetic energies
83       as in the :mdp-value:`integrator=md` integrator, and this thus
84       more accurate.  With Nose-Hoover and/or Parrinello-Rahman
85       coupling this comes with a slight increase in computational
86       cost.
88    .. mdp-value:: sd
90       An accurate and efficient leap-frog stochastic dynamics
91       integrator. With constraints, coordinates needs to be
92       constrained twice per integration step. Depending on the
93       computational cost of the force calculation, this can take a
94       significant part of the simulation time. The temperature for one
95       or more groups of atoms (:mdp:`tc-grps`) is set with
96       :mdp:`ref-t`, the inverse friction constant for each group is
97       set with :mdp:`tau-t`.  The parameters :mdp:`tcoupl` and :mdp:`nsttcouple`
98       are ignored. The random generator is initialized with
99       :mdp:`ld-seed`. When used as a thermostat, an appropriate value
100       for :mdp:`tau-t` is 2 ps, since this results in a friction that
101       is lower than the internal friction of water, while it is high
102       enough to remove excess heat NOTE: temperature deviations decay
103       twice as fast as with a Berendsen thermostat with the same
104       :mdp:`tau-t`.
106    .. mdp-value:: bd
108       An Euler integrator for Brownian or position Langevin dynamics,
109       the velocity is the force divided by a friction coefficient
110       (:mdp:`bd-fric`) plus random thermal noise (:mdp:`ref-t`). When
111       :mdp:`bd-fric` is 0, the friction coefficient for each particle
112       is calculated as mass/ :mdp:`tau-t`, as for the integrator
113       :mdp-value:`integrator=sd`. The random generator is initialized
114       with :mdp:`ld-seed`.
116    .. mdp-value:: steep
118       A steepest descent algorithm for energy minimization. The
119       maximum step size is :mdp:`emstep`, the tolerance is
120       :mdp:`emtol`.
122    .. mdp-value:: cg
124       A conjugate gradient algorithm for energy minimization, the
125       tolerance is :mdp:`emtol`. CG is more efficient when a steepest
126       descent step is done every once in a while, this is determined
127       by :mdp:`nstcgsteep`. For a minimization prior to a normal mode
128       analysis, which requires a very high accuracy, |Gromacs| should be
129       compiled in double precision.
131    .. mdp-value:: l-bfgs
133       A quasi-Newtonian algorithm for energy minimization according to
134       the low-memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno approach. In
135       practice this seems to converge faster than Conjugate Gradients,
136       but due to the correction steps necessary it is not (yet)
137       parallelized.
139    .. mdp-value:: nm
141       Normal mode analysis is performed on the structure in the :ref:`tpr`
142       file.  |Gromacs| should be compiled in double precision.
144    .. mdp-value:: tpi
146       Test particle insertion. The last molecule in the topology is
147       the test particle. A trajectory must be provided to ``mdrun
148       -rerun``. This trajectory should not contain the molecule to be
149       inserted. Insertions are performed :mdp:`nsteps` times in each
150       frame at random locations and with random orientiations of the
151       molecule. When :mdp:`nstlist` is larger than one,
152       :mdp:`nstlist` insertions are performed in a sphere with radius
153       :mdp:`rtpi` around a the same random location using the same
154       pair list. Since pair list construction is expensive,
155       one can perform several extra insertions with the same list
156       almost for free. The random seed is set with
157       :mdp:`ld-seed`. The temperature for the Boltzmann weighting is
158       set with :mdp:`ref-t`, this should match the temperature of the
159       simulation of the original trajectory. Dispersion correction is
160       implemented correctly for TPI. All relevant quantities are
161       written to the file specified with ``mdrun -tpi``. The
162       distribution of insertion energies is written to the file
163       specified with ``mdrun -tpid``. No trajectory or energy file is
164       written. Parallel TPI gives identical results to single-node
165       TPI. For charged molecules, using PME with a fine grid is most
166       accurate and also efficient, since the potential in the system
167       only needs to be calculated once per frame.
169    .. mdp-value:: tpic
171       Test particle insertion into a predefined cavity location. The
172       procedure is the same as for :mdp-value:`integrator=tpi`, except
173       that one coordinate extra is read from the trajectory, which is
174       used as the insertion location. The molecule to be inserted
175       should be centered at 0,0,0. |Gromacs| does not do this for you,
176       since for different situations a different way of centering
177       might be optimal. Also :mdp:`rtpi` sets the radius for the
178       sphere around this location. Neighbor searching is done only
179       once per frame, :mdp:`nstlist` is not used. Parallel
180       :mdp-value:`integrator=tpic` gives identical results to
181       single-rank :mdp-value:`integrator=tpic`.
183    .. mdp-value:: mimic
185       Enable MiMiC QM/MM coupling to run hybrid molecular dynamics.
186       Keey in mind that its required to launch CPMD compiled with MiMiC as well.
187       In this mode all options regarding integration (T-coupling, P-coupling,
188       timestep and number of steps) are ignored as CPMD will do the integration
189       instead. Options related to forces computation (cutoffs, PME parameters,
190       etc.) are working as usual. Atom selection to define QM atoms is read
191       from :mdp:`QMMM-grps`
193 .. mdp:: tinit
195         (0) [ps]
196         starting time for your run (only makes sense for time-based
197         integrators)
199 .. mdp:: dt
201         (0.001) [ps]
202         time step for integration (only makes sense for time-based
203         integrators)
205 .. mdp:: nsteps
207         (0)
208         maximum number of steps to integrate or minimize, -1 is no
209         maximum
211 .. mdp:: init-step
213         (0)
214         The starting step. The time at step i in a run is
215         calculated as: t = :mdp:`tinit` + :mdp:`dt` *
216         (:mdp:`init-step` + i). The free-energy lambda is calculated
217         as: lambda = :mdp:`init-lambda` + :mdp:`delta-lambda` *
218         (:mdp:`init-step` + i). Also non-equilibrium MD parameters can
219         depend on the step number. Thus for exact restarts or redoing
220         part of a run it might be necessary to set :mdp:`init-step` to
221         the step number of the restart frame. :ref:`gmx convert-tpr`
222         does this automatically.
224 .. mdp:: simulation-part
226          (0)
227          A simulation can consist of multiple parts, each of which has
228          a part number. This option specifies what that number will
229          be, which helps keep track of parts that are logically the
230          same simulation. This option is generally useful to set only
231          when coping with a crashed simulation where files were lost.
233 .. mdp:: comm-mode
235    .. mdp-value:: Linear
237       Remove center of mass translational velocity
239    .. mdp-value:: Angular
241       Remove center of mass translational and rotational velocity
243    .. mdp-value:: Linear-acceleration-correction
245       Remove center of mass translational velocity. Correct the center of
246       mass position assuming linear acceleration over :mdp:`nstcomm` steps.
247       This is useful for cases where an acceleration is expected on the
248       center of mass which is nearly constant over :mdp:`nstcomm` steps.
249       This can occur for example when pulling on a group using an absolute
250       reference.
252    .. mdp-value:: None
254       No restriction on the center of mass motion
256 .. mdp:: nstcomm
258    (100) [steps]
259    frequency for center of mass motion removal
261 .. mdp:: comm-grps
263    group(s) for center of mass motion removal, default is the whole
264    system
267 Langevin dynamics
268 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
270 .. mdp:: bd-fric
272    (0) [amu ps\ :sup:`-1`]
273    Brownian dynamics friction coefficient. When :mdp:`bd-fric` is 0,
274    the friction coefficient for each particle is calculated as mass/
275    :mdp:`tau-t`.
277 .. mdp:: ld-seed
279    (-1) [integer]
280    used to initialize random generator for thermal noise for
281    stochastic and Brownian dynamics. When :mdp:`ld-seed` is set to -1,
282    a pseudo random seed is used. When running BD or SD on multiple
283    processors, each processor uses a seed equal to :mdp:`ld-seed` plus
284    the processor number.
287 Energy minimization
288 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
290 .. mdp:: emtol
292    (10.0) [kJ mol\ :sup:`-1` nm\ :sup:`-1`]
293    the minimization is converged when the maximum force is smaller
294    than this value
296 .. mdp:: emstep
298    (0.01) [nm]
299    initial step-size
301 .. mdp:: nstcgsteep
303    (1000) [steps]
304    frequency of performing 1 steepest descent step while doing
305    conjugate gradient energy minimization.
307 .. mdp:: nbfgscorr
309    (10)
310    Number of correction steps to use for L-BFGS minimization. A higher
311    number is (at least theoretically) more accurate, but slower.
314 Shell Molecular Dynamics
315 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
317 When shells or flexible constraints are present in the system the
318 positions of the shells and the lengths of the flexible constraints
319 are optimized at every time step until either the RMS force on the
320 shells and constraints is less than :mdp:`emtol`, or a maximum number
321 of iterations :mdp:`niter` has been reached. Minimization is converged
322 when the maximum force is smaller than :mdp:`emtol`. For shell MD this
323 value should be 1.0 at most.
325 .. mdp:: niter
327    (20)
328    maximum number of iterations for optimizing the shell positions and
329    the flexible constraints.
331 .. mdp:: fcstep
333    (0) [ps\ :sup:`2`]
334    the step size for optimizing the flexible constraints. Should be
335    chosen as mu/(d2V/dq2) where mu is the reduced mass of two
336    particles in a flexible constraint and d2V/dq2 is the second
337    derivative of the potential in the constraint direction. Hopefully
338    this number does not differ too much between the flexible
339    constraints, as the number of iterations and thus the runtime is
340    very sensitive to fcstep. Try several values!
343 Test particle insertion
344 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
346 .. mdp:: rtpi
348    (0.05) [nm]
349    the test particle insertion radius, see integrators
350    :mdp-value:`integrator=tpi` and :mdp-value:`integrator=tpic`
353 Output control
354 ^^^^^^^^^^^^^^
356 .. mdp:: nstxout
358    (0) [steps]
359    number of steps that elapse between writing coordinates to the output
360    trajectory file (:ref:`trr`), the last coordinates are always written
362 .. mdp:: nstvout
364    (0) [steps]
365    number of steps that elapse between writing velocities to the output
366    trajectory file (:ref:`trr`), the last velocities are always written
368 .. mdp:: nstfout
370    (0) [steps]
371    number of steps that elapse between writing forces to the output
372    trajectory file (:ref:`trr`), the last forces are always written.
374 .. mdp:: nstlog
376    (1000) [steps]
377    number of steps that elapse between writing energies to the log
378    file, the last energies are always written
380 .. mdp:: nstcalcenergy
382    (100)
383    number of steps that elapse between calculating the energies, 0 is
384    never. This option is only relevant with dynamics. This option affects the
385    performance in parallel simulations, because calculating energies
386    requires global communication between all processes which can
387    become a bottleneck at high parallelization.
389 .. mdp:: nstenergy
391    (1000) [steps]
392    number of steps that elapse between writing energies to energy file,
393    the last energies are always written, should be a multiple of
394    :mdp:`nstcalcenergy`. Note that the exact sums and fluctuations
395    over all MD steps modulo :mdp:`nstcalcenergy` are stored in the
396    energy file, so :ref:`gmx energy` can report exact energy averages
397    and fluctuations also when :mdp:`nstenergy` > 1
399 .. mdp:: nstxout-compressed
401    (0) [steps]
402    number of steps that elapse between writing position coordinates
403    using lossy compression (:ref:`xtc` file)
405 .. mdp:: compressed-x-precision
407    (1000) [real]
408    precision with which to write to the compressed trajectory file
410 .. mdp:: compressed-x-grps
412    group(s) to write to the compressed trajectory file, by default the
413    whole system is written (if :mdp:`nstxout-compressed` > 0)
415 .. mdp:: energygrps
417    group(s) for which to write to write short-ranged non-bonded
418    potential energies to the energy file (not supported on GPUs)
421 Neighbor searching
422 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
424 .. mdp:: cutoff-scheme
426    .. mdp-value:: Verlet
428       Generate a pair list with buffering. The buffer size is
429       automatically set based on :mdp:`verlet-buffer-tolerance`,
430       unless this is set to -1, in which case :mdp:`rlist` will be
431       used.
433    .. mdp-value:: group
435       Generate a pair list for groups of atoms, corresponding
436       to the charge groups in the topology. This option is no longer
437       supported.
439 .. mdp:: nstlist
441    (10) [steps]
443    .. mdp-value:: >0
445       Frequency to update the neighbor list. When dynamics and
446       :mdp:`verlet-buffer-tolerance` set, :mdp:`nstlist` is actually
447       a minimum value and :ref:`gmx mdrun` might increase it, unless
448       it is set to 1. With parallel simulations and/or non-bonded
449       force calculation on the GPU, a value of 20 or 40 often gives
450       the best performance.
452    .. mdp-value:: 0
454       The neighbor list is only constructed once and never
455       updated. This is mainly useful for vacuum simulations in which
456       all particles see each other. But vacuum simulations are
457       (temporarily) not supported.
459    .. mdp-value:: <0
461       Unused.
463 .. mdp:: pbc
465    .. mdp-value:: xyz
467       Use periodic boundary conditions in all directions.
469    .. mdp-value:: no
471       Use no periodic boundary conditions, ignore the box. To simulate
472       without cut-offs, set all cut-offs and :mdp:`nstlist` to 0. For
473       best performance without cut-offs on a single MPI rank, set
474       :mdp:`nstlist` to zero and :mdp-value:`ns-type=simple`.
476    .. mdp-value:: xy
478       Use periodic boundary conditions in x and y directions
479       only. This works only with :mdp-value:`ns-type=grid` and can be used
480       in combination with walls_. Without walls or with only one wall
481       the system size is infinite in the z direction. Therefore
482       pressure coupling or Ewald summation methods can not be
483       used. These disadvantages do not apply when two walls are used.
485 .. mdp:: periodic-molecules
487    .. mdp-value:: no
489       molecules are finite, fast molecular PBC can be used
491    .. mdp-value:: yes
493       for systems with molecules that couple to themselves through the
494       periodic boundary conditions, this requires a slower PBC
495       algorithm and molecules are not made whole in the output
497 .. mdp:: verlet-buffer-tolerance
499    (0.005) [kJ mol\ :sup:`-1` ps\ :sup:`-1`]
501    Used when performing a simulation with dynamics. This sets
502    the maximum allowed error for pair interactions per particle caused
503    by the Verlet buffer, which indirectly sets :mdp:`rlist`. As both
504    :mdp:`nstlist` and the Verlet buffer size are fixed (for
505    performance reasons), particle pairs not in the pair list can
506    occasionally get within the cut-off distance during
507    :mdp:`nstlist` -1 steps. This causes very small jumps in the
508    energy. In a constant-temperature ensemble, these very small energy
509    jumps can be estimated for a given cut-off and :mdp:`rlist`. The
510    estimate assumes a homogeneous particle distribution, hence the
511    errors might be slightly underestimated for multi-phase
512    systems. (See the `reference manual`_ for details). For longer
513    pair-list life-time (:mdp:`nstlist` -1) * :mdp:`dt` the buffer is
514    overestimated, because the interactions between particles are
515    ignored. Combined with cancellation of errors, the actual drift of
516    the total energy is usually one to two orders of magnitude
517    smaller. Note that the generated buffer size takes into account
518    that the |Gromacs| pair-list setup leads to a reduction in the
519    drift by a factor 10, compared to a simple particle-pair based
520    list. Without dynamics (energy minimization etc.), the buffer is 5%
521    of the cut-off. For NVE simulations the initial temperature is
522    used, unless this is zero, in which case a buffer of 10% is
523    used. For NVE simulations the tolerance usually needs to be lowered
524    to achieve proper energy conservation on the nanosecond time
525    scale. To override the automated buffer setting, use
526    :mdp:`verlet-buffer-tolerance` =-1 and set :mdp:`rlist` manually.
528 .. mdp:: rlist
530    (1) [nm]
531    Cut-off distance for the short-range neighbor list. With dynamics,
532    this is by default set by the :mdp:`verlet-buffer-tolerance` option
533    and the value of :mdp:`rlist` is ignored. Without dynamics, this
534    is by default set to the maximum cut-off plus 5% buffer, except
535    for test particle insertion, where the buffer is managed exactly
536    and automatically. For NVE simulations, where the automated
537    setting is not possible, the advised procedure is to run :ref:`gmx grompp`
538    with an NVT setup with the expected temperature and copy the resulting
539    value of :mdp:`rlist` to the NVE setup.
542 Electrostatics
543 ^^^^^^^^^^^^^^
545 .. mdp:: coulombtype
547    .. mdp-value:: Cut-off
549       Plain cut-off with pair list radius :mdp:`rlist` and
550       Coulomb cut-off :mdp:`rcoulomb`, where :mdp:`rlist` >=
551       :mdp:`rcoulomb`.
553    .. mdp-value:: Ewald
555       Classical Ewald sum electrostatics. The real-space cut-off
556       :mdp:`rcoulomb` should be equal to :mdp:`rlist`. Use *e.g.*
557       :mdp:`rlist` =0.9, :mdp:`rcoulomb` =0.9. The highest magnitude
558       of wave vectors used in reciprocal space is controlled by
559       :mdp:`fourierspacing`. The relative accuracy of
560       direct/reciprocal space is controlled by :mdp:`ewald-rtol`.
562       NOTE: Ewald scales as O(N\ :sup:`3/2`) and is thus extremely slow for
563       large systems. It is included mainly for reference - in most
564       cases PME will perform much better.
566    .. mdp-value:: PME
568       Fast smooth Particle-Mesh Ewald (SPME) electrostatics. Direct
569       space is similar to the Ewald sum, while the reciprocal part is
570       performed with FFTs. Grid dimensions are controlled with
571       :mdp:`fourierspacing` and the interpolation order with
572       :mdp:`pme-order`. With a grid spacing of 0.1 nm and cubic
573       interpolation the electrostatic forces have an accuracy of
574       2-3*10\ :sup:`-4`. Since the error from the vdw-cutoff is larger than
575       this you might try 0.15 nm. When running in parallel the
576       interpolation parallelizes better than the FFT, so try
577       decreasing grid dimensions while increasing interpolation.
579    .. mdp-value:: P3M-AD
581       Particle-Particle Particle-Mesh algorithm with analytical
582       derivative for for long range electrostatic interactions. The
583       method and code is identical to SPME, except that the influence
584       function is optimized for the grid. This gives a slight increase
585       in accuracy.
587    .. mdp-value:: Reaction-Field
589       Reaction field electrostatics with Coulomb cut-off
590       :mdp:`rcoulomb`, where :mdp:`rlist` >= :mdp:`rvdw`. The
591       dielectric constant beyond the cut-off is
592       :mdp:`epsilon-rf`. The dielectric constant can be set to
593       infinity by setting :mdp:`epsilon-rf` =0.
595    .. mdp-value:: User
597       Currently unsupported.
598       :ref:`gmx mdrun` will now expect to find a file ``table.xvg``
599       with user-defined potential functions for repulsion, dispersion
600       and Coulomb. When pair interactions are present, :ref:`gmx
601       mdrun` also expects to find a file ``tablep.xvg`` for the pair
602       interactions. When the same interactions should be used for
603       non-bonded and pair interactions the user can specify the same
604       file name for both table files. These files should contain 7
605       columns: the ``x`` value, ``f(x)``, ``-f'(x)``, ``g(x)``,
606       ``-g'(x)``, ``h(x)``, ``-h'(x)``, where ``f(x)`` is the Coulomb
607       function, ``g(x)`` the dispersion function and ``h(x)`` the
608       repulsion function. When :mdp:`vdwtype` is not set to User the
609       values for ``g``, ``-g'``, ``h`` and ``-h'`` are ignored. For
610       the non-bonded interactions ``x`` values should run from 0 to
611       the largest cut-off distance + :mdp:`table-extension` and
612       should be uniformly spaced. For the pair interactions the table
613       length in the file will be used. The optimal spacing, which is
614       used for non-user tables, is ``0.002 nm`` when you run in mixed
615       precision or ``0.0005 nm`` when you run in double precision. The
616       function value at ``x=0`` is not important. More information is
617       in the printed manual.
619    .. mdp-value:: PME-Switch
621       Currently unsupported.
622       A combination of PME and a switch function for the direct-space
623       part (see above). :mdp:`rcoulomb` is allowed to be smaller than
624       :mdp:`rlist`.
626    .. mdp-value:: PME-User
628       Currently unsupported.
629       A combination of PME and user tables (see
630       above). :mdp:`rcoulomb` is allowed to be smaller than
631       :mdp:`rlist`. The PME mesh contribution is subtracted from the
632       user table by :ref:`gmx mdrun`. Because of this subtraction the
633       user tables should contain about 10 decimal places.
635    .. mdp-value:: PME-User-Switch
637       Currently unsupported.
638       A combination of PME-User and a switching function (see
639       above). The switching function is applied to final
640       particle-particle interaction, *i.e.* both to the user supplied
641       function and the PME Mesh correction part.
643 .. mdp:: coulomb-modifier
645    .. mdp-value:: Potential-shift
647       Shift the Coulomb potential by a constant such that it is zero
648       at the cut-off. This makes the potential the integral of the
649       force. Note that this does not affect the forces or the
650       sampling.
652    .. mdp-value:: None
654       Use an unmodified Coulomb potential. This can be useful
655       when comparing energies with those computed with other software.
657 .. mdp:: rcoulomb-switch
659    (0) [nm]
660    where to start switching the Coulomb potential, only relevant
661    when force or potential switching is used
663 .. mdp:: rcoulomb
665    (1) [nm]
666    The distance for the Coulomb cut-off. Note that with PME this value
667    can be increased by the PME tuning in :ref:`gmx mdrun` along with
668    the PME grid spacing.
670 .. mdp:: epsilon-r
672    (1)
673    The relative dielectric constant. A value of 0 means infinity.
675 .. mdp:: epsilon-rf
677    (0)
678    The relative dielectric constant of the reaction field. This
679    is only used with reaction-field electrostatics. A value of 0
680    means infinity.
683 Van der Waals
684 ^^^^^^^^^^^^^
686 .. mdp:: vdwtype
688    .. mdp-value:: Cut-off
690       Plain cut-off with pair list radius :mdp:`rlist` and VdW
691       cut-off :mdp:`rvdw`, where :mdp:`rlist` >= :mdp:`rvdw`.
693    .. mdp-value:: PME
695       Fast smooth Particle-mesh Ewald (SPME) for VdW interactions. The
696       grid dimensions are controlled with :mdp:`fourierspacing` in
697       the same way as for electrostatics, and the interpolation order
698       is controlled with :mdp:`pme-order`. The relative accuracy of
699       direct/reciprocal space is controlled by :mdp:`ewald-rtol-lj`,
700       and the specific combination rules that are to be used by the
701       reciprocal routine are set using :mdp:`lj-pme-comb-rule`.
703    .. mdp-value:: Shift
705       This functionality is deprecated and replaced by using
706       :mdp-value:`vdwtype=Cut-off` with :mdp-value:`vdw-modifier=Force-switch`.
707       The LJ (not Buckingham) potential is decreased over the whole range and
708       the forces decay smoothly to zero between :mdp:`rvdw-switch` and
709       :mdp:`rvdw`.
711    .. mdp-value:: Switch
713       This functionality is deprecated and replaced by using
714       :mdp-value:`vdwtype=Cut-off` with :mdp-value:`vdw-modifier=Potential-switch`.
715       The LJ (not Buckingham) potential is normal out to :mdp:`rvdw-switch`, after
716       which it is switched off to reach zero at :mdp:`rvdw`. Both the
717       potential and force functions are continuously smooth, but be
718       aware that all switch functions will give rise to a bulge
719       (increase) in the force (since we are switching the
720       potential).
722    .. mdp-value:: User
724       Currently unsupported.
725       See user for :mdp:`coulombtype`. The function value at zero is
726       not important. When you want to use LJ correction, make sure
727       that :mdp:`rvdw` corresponds to the cut-off in the user-defined
728       function. When :mdp:`coulombtype` is not set to User the values
729       for the ``f`` and ``-f'`` columns are ignored.
731 .. mdp:: vdw-modifier
733    .. mdp-value:: Potential-shift
735       Shift the Van der Waals potential by a constant such that it is
736       zero at the cut-off. This makes the potential the integral of
737       the force. Note that this does not affect the forces or the
738       sampling.
740    .. mdp-value:: None
742       Use an unmodified Van der Waals potential. This can be useful
743       when comparing energies with those computed with other software.
745    .. mdp-value:: Force-switch
747       Smoothly switches the forces to zero between :mdp:`rvdw-switch`
748       and :mdp:`rvdw`. This shifts the potential shift over the whole
749       range and switches it to zero at the cut-off. Note that this is
750       more expensive to calculate than a plain cut-off and it is not
751       required for energy conservation, since Potential-shift
752       conserves energy just as well.
754    .. mdp-value:: Potential-switch
756       Smoothly switches the potential to zero between
757       :mdp:`rvdw-switch` and :mdp:`rvdw`. Note that this introduces
758       articifically large forces in the switching region and is much
759       more expensive to calculate. This option should only be used if
760       the force field you are using requires this.
762 .. mdp:: rvdw-switch
764    (0) [nm]
765    where to start switching the LJ force and possibly the potential,
766    only relevant when force or potential switching is used
768 .. mdp:: rvdw
770    (1) [nm]
771    distance for the LJ or Buckingham cut-off
773 .. mdp:: DispCorr
775    .. mdp-value:: no
777       don't apply any correction
779    .. mdp-value:: EnerPres
781       apply long range dispersion corrections for Energy and Pressure
783    .. mdp-value:: Ener
785       apply long range dispersion corrections for Energy only
788 Tables
789 ^^^^^^
791 .. mdp:: table-extension
793    (1) [nm]
794    Extension of the non-bonded potential lookup tables beyond the
795    largest cut-off distance. With actual non-bonded interactions
796    the tables are never accessed beyond the cut-off. But a longer
797    table length might be needed for the 1-4 interactions, which
798    are always tabulated irrespective of the use of tables for
799    the non-bonded interactions.
801 .. mdp:: energygrp-table
803    Currently unsupported.
804    When user tables are used for electrostatics and/or VdW, here one
805    can give pairs of energy groups for which seperate user tables
806    should be used. The two energy groups will be appended to the table
807    file name, in order of their definition in :mdp:`energygrps`,
808    seperated by underscores. For example, if ``energygrps = Na Cl
809    Sol`` and ``energygrp-table = Na Na Na Cl``, :ref:`gmx mdrun` will
810    read ``table_Na_Na.xvg`` and ``table_Na_Cl.xvg`` in addition to the
811    normal ``table.xvg`` which will be used for all other energy group
812    pairs.
815 Ewald
816 ^^^^^
818 .. mdp:: fourierspacing
820    (0.12) [nm]
821    For ordinary Ewald, the ratio of the box dimensions and the spacing
822    determines a lower bound for the number of wave vectors to use in
823    each (signed) direction. For PME and P3M, that ratio determines a
824    lower bound for the number of Fourier-space grid points that will
825    be used along that axis. In all cases, the number for each
826    direction can be overridden by entering a non-zero value for that
827    :mdp:`fourier-nx` direction. For optimizing the relative load of
828    the particle-particle interactions and the mesh part of PME, it is
829    useful to know that the accuracy of the electrostatics remains
830    nearly constant when the Coulomb cut-off and the PME grid spacing
831    are scaled by the same factor. Note that this spacing can be scaled
832    up along with :mdp:`rcoulomb` by the PME tuning in :ref:`gmx mdrun`.
834 .. mdp:: fourier-nx
835 .. mdp:: fourier-ny
836 .. mdp:: fourier-nz
838    (0)
839    Highest magnitude of wave vectors in reciprocal space when using Ewald.
840    Grid size when using PME or P3M. These values override
841    :mdp:`fourierspacing` per direction. The best choice is powers of
842    2, 3, 5 and 7. Avoid large primes. Note that these grid sizes can
843    be reduced along with scaling up :mdp:`rcoulomb` by the PME tuning
844    in :ref:`gmx mdrun`.
846 .. mdp:: pme-order
848    (4)
849    Interpolation order for PME. 4 equals cubic interpolation. You
850    might try 6/8/10 when running in parallel and simultaneously
851    decrease grid dimension.
853 .. mdp:: ewald-rtol
855    (10\ :sup:`-5`)
856    The relative strength of the Ewald-shifted direct potential at
857    :mdp:`rcoulomb` is given by :mdp:`ewald-rtol`. Decreasing this
858    will give a more accurate direct sum, but then you need more wave
859    vectors for the reciprocal sum.
861 .. mdp:: ewald-rtol-lj
863    (10\ :sup:`-3`)
864    When doing PME for VdW-interactions, :mdp:`ewald-rtol-lj` is used
865    to control the relative strength of the dispersion potential at
866    :mdp:`rvdw` in the same way as :mdp:`ewald-rtol` controls the
867    electrostatic potential.
869 .. mdp:: lj-pme-comb-rule
871    (Geometric)
872    The combination rules used to combine VdW-parameters in the
873    reciprocal part of LJ-PME. Geometric rules are much faster than
874    Lorentz-Berthelot and usually the recommended choice, even when the
875    rest of the force field uses the Lorentz-Berthelot rules.
877    .. mdp-value:: Geometric
879       Apply geometric combination rules
881    .. mdp-value:: Lorentz-Berthelot
883       Apply Lorentz-Berthelot combination rules
885 .. mdp:: ewald-geometry
887    .. mdp-value:: 3d
889       The Ewald sum is performed in all three dimensions.
891    .. mdp-value:: 3dc
893       The reciprocal sum is still performed in 3D, but a force and
894       potential correction applied in the `z` dimension to produce a
895       pseudo-2D summation. If your system has a slab geometry in the
896       `x-y` plane you can try to increase the `z`-dimension of the box
897       (a box height of 3 times the slab height is usually ok) and use
898       this option.
900 .. mdp:: epsilon-surface
902    (0)
903    This controls the dipole correction to the Ewald summation in
904    3D. The default value of zero means it is turned off. Turn it on by
905    setting it to the value of the relative permittivity of the
906    imaginary surface around your infinite system. Be careful - you
907    shouldn't use this if you have free mobile charges in your
908    system. This value does not affect the slab 3DC variant of the long
909    range corrections.
912 Temperature coupling
913 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
915 .. mdp:: tcoupl
917    .. mdp-value:: no
919       No temperature coupling.
921    .. mdp-value:: berendsen
923       Temperature coupling with a Berendsen thermostat to a bath with
924       temperature :mdp:`ref-t`, with time constant
925       :mdp:`tau-t`. Several groups can be coupled separately, these
926       are specified in the :mdp:`tc-grps` field separated by spaces.
928    .. mdp-value:: nose-hoover
930       Temperature coupling using a Nose-Hoover extended ensemble. The
931       reference temperature and coupling groups are selected as above,
932       but in this case :mdp:`tau-t` controls the period of the
933       temperature fluctuations at equilibrium, which is slightly
934       different from a relaxation time. For NVT simulations the
935       conserved energy quantity is written to the energy and log files.
937    .. mdp-value:: andersen
939       Temperature coupling by randomizing a fraction of the particle velocities
940       at each timestep. Reference temperature and coupling groups are
941       selected as above. :mdp:`tau-t` is the average time between
942       randomization of each molecule. Inhibits particle dynamics
943       somewhat, but little or no ergodicity issues. Currently only
944       implemented with velocity Verlet, and not implemented with
945       constraints.
947    .. mdp-value:: andersen-massive
949       Temperature coupling by randomizing velocities of all particles at
950       infrequent timesteps. Reference temperature and coupling groups are
951       selected as above. :mdp:`tau-t` is the time between
952       randomization of all molecules. Inhibits particle dynamics
953       somewhat, but little or no ergodicity issues. Currently only
954       implemented with velocity Verlet.
956    .. mdp-value:: v-rescale
958       Temperature coupling using velocity rescaling with a stochastic
959       term (JCP 126, 014101). This thermostat is similar to Berendsen
960       coupling, with the same scaling using :mdp:`tau-t`, but the
961       stochastic term ensures that a proper canonical ensemble is
962       generated. The random seed is set with :mdp:`ld-seed`. This
963       thermostat works correctly even for :mdp:`tau-t` =0. For NVT
964       simulations the conserved energy quantity is written to the
965       energy and log file.
967 .. mdp:: nsttcouple
969    (-1)
970    The frequency for coupling the temperature. The default value of -1
971    sets :mdp:`nsttcouple` equal to :mdp:`nstlist`, unless
972    :mdp:`nstlist` <=0, then a value of 10 is used. For velocity
973    Verlet integrators :mdp:`nsttcouple` is set to 1.
975 .. mdp:: nh-chain-length
977    (10)
978    The number of chained Nose-Hoover thermostats for velocity Verlet
979    integrators, the leap-frog :mdp-value:`integrator=md` integrator
980    only supports 1. Data for the NH chain variables is not printed
981    to the :ref:`edr` file by default, but can be turned on with the
982    :mdp:`print-nose-hoover-chain-variables` option.
984 .. mdp:: print-nose-hoover-chain-variables
986    .. mdp-value:: no
988       Do not store Nose-Hoover chain variables in the energy file.
990    .. mdp-value:: yes
992       Store all positions and velocities of the Nose-Hoover chain
993       in the energy file.
995 .. mdp:: tc-grps
997    groups to couple to separate temperature baths
999 .. mdp:: tau-t
1001    [ps]
1002    time constant for coupling (one for each group in
1003    :mdp:`tc-grps`), -1 means no temperature coupling
1005 .. mdp:: ref-t
1007    [K]
1008    reference temperature for coupling (one for each group in
1009    :mdp:`tc-grps`)
1012 Pressure coupling
1013 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
1015 .. mdp:: pcoupl
1017    .. mdp-value:: no
1019       No pressure coupling. This means a fixed box size.
1021    .. mdp-value:: Berendsen
1023       Exponential relaxation pressure coupling with time constant
1024       :mdp:`tau-p`. The box is scaled every :mdp:`nstpcouple` steps. It has been
1025       argued that this does not yield a correct thermodynamic
1026       ensemble, but it is the most efficient way to scale a box at the
1027       beginning of a run.
1029    .. mdp-value:: Parrinello-Rahman
1031       Extended-ensemble pressure coupling where the box vectors are
1032       subject to an equation of motion. The equation of motion for the
1033       atoms is coupled to this. No instantaneous scaling takes
1034       place. As for Nose-Hoover temperature coupling the time constant
1035       :mdp:`tau-p` is the period of pressure fluctuations at
1036       equilibrium. This is probably a better method when you want to
1037       apply pressure scaling during data collection, but beware that
1038       you can get very large oscillations if you are starting from a
1039       different pressure. For simulations where the exact fluctations
1040       of the NPT ensemble are important, or if the pressure coupling
1041       time is very short it may not be appropriate, as the previous
1042       time step pressure is used in some steps of the |Gromacs|
1043       implementation for the current time step pressure.
1045    .. mdp-value:: MTTK
1047       Martyna-Tuckerman-Tobias-Klein implementation, only useable with
1048       :mdp-value:`integrator=md-vv` or :mdp-value:`integrator=md-vv-avek`, very similar to
1049       Parrinello-Rahman. As for Nose-Hoover temperature coupling the
1050       time constant :mdp:`tau-p` is the period of pressure
1051       fluctuations at equilibrium. This is probably a better method
1052       when you want to apply pressure scaling during data collection,
1053       but beware that you can get very large oscillations if you are
1054       starting from a different pressure. Currently (as of version
1055       5.1), it only supports isotropic scaling, and only works without
1056       constraints.
1058 .. mdp:: pcoupltype
1060    Specifies the kind of isotropy of the pressure coupling used. Each
1061    kind takes one or more values for :mdp:`compressibility` and
1062    :mdp:`ref-p`. Only a single value is permitted for :mdp:`tau-p`.
1064    .. mdp-value:: isotropic
1066       Isotropic pressure coupling with time constant
1067       :mdp:`tau-p`. One value each for :mdp:`compressibility` and
1068       :mdp:`ref-p` is required.
1070    .. mdp-value:: semiisotropic
1072       Pressure coupling which is isotropic in the ``x`` and ``y``
1073       direction, but different in the ``z`` direction. This can be
1074       useful for membrane simulations. Two values each for
1075       :mdp:`compressibility` and :mdp:`ref-p` are required, for
1076       ``x/y`` and ``z`` directions respectively.
1078    .. mdp-value:: anisotropic
1080       Same as before, but 6 values are needed for ``xx``, ``yy``, ``zz``,
1081       ``xy/yx``, ``xz/zx`` and ``yz/zy`` components,
1082       respectively. When the off-diagonal compressibilities are set to
1083       zero, a rectangular box will stay rectangular. Beware that
1084       anisotropic scaling can lead to extreme deformation of the
1085       simulation box.
1087    .. mdp-value:: surface-tension
1089       Surface tension coupling for surfaces parallel to the
1090       xy-plane. Uses normal pressure coupling for the `z`-direction,
1091       while the surface tension is coupled to the `x/y` dimensions of
1092       the box. The first :mdp:`ref-p` value is the reference surface
1093       tension times the number of surfaces ``bar nm``, the second
1094       value is the reference `z`-pressure ``bar``. The two
1095       :mdp:`compressibility` values are the compressibility in the
1096       `x/y` and `z` direction respectively. The value for the
1097       `z`-compressibility should be reasonably accurate since it
1098       influences the convergence of the surface-tension, it can also
1099       be set to zero to have a box with constant height.
1101 .. mdp:: nstpcouple
1103    (-1)
1104    The frequency for coupling the pressure. The default value of -1
1105    sets :mdp:`nstpcouple` equal to :mdp:`nstlist`, unless
1106    :mdp:`nstlist` <=0, then a value of 10 is used. For velocity
1107    Verlet integrators :mdp:`nstpcouple` is set to 1.
1109 .. mdp:: tau-p
1111    (1) [ps]
1112    The time constant for pressure coupling (one value for all
1113    directions).
1115 .. mdp:: compressibility
1117    [bar\ :sup:`-1`]
1118    The compressibility (NOTE: this is now really in bar\ :sup:`-1`) For water at 1
1119    atm and 300 K the compressibility is 4.5e-5 bar\ :sup:`-1`. The number of
1120    required values is implied by :mdp:`pcoupltype`.
1122 .. mdp:: ref-p
1124    [bar]
1125    The reference pressure for coupling. The number of required values
1126    is implied by :mdp:`pcoupltype`.
1128 .. mdp:: refcoord-scaling
1130    .. mdp-value:: no
1132       The reference coordinates for position restraints are not
1133       modified. Note that with this option the virial and pressure
1134       might be ill defined, see :ref:`here <reference-manual-position-restraints>`
1135       for more details.
1137    .. mdp-value:: all
1139       The reference coordinates are scaled with the scaling matrix of
1140       the pressure coupling.
1142    .. mdp-value:: com
1144       Scale the center of mass of the reference coordinates with the
1145       scaling matrix of the pressure coupling. The vectors of each
1146       reference coordinate to the center of mass are not scaled. Only
1147       one COM is used, even when there are multiple molecules with
1148       position restraints. For calculating the COM of the reference
1149       coordinates in the starting configuration, periodic boundary
1150       conditions are not taken into account. Note that with this option
1151       the virial and pressure might be ill defined, see
1152       :ref:`here <reference-manual-position-restraints>` for more details.
1155 Simulated annealing
1156 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1158 Simulated annealing is controlled separately for each temperature
1159 group in |Gromacs|. The reference temperature is a piecewise linear
1160 function, but you can use an arbitrary number of points for each
1161 group, and choose either a single sequence or a periodic behaviour for
1162 each group. The actual annealing is performed by dynamically changing
1163 the reference temperature used in the thermostat algorithm selected,
1164 so remember that the system will usually not instantaneously reach the
1165 reference temperature!
1167 .. mdp:: annealing
1169    Type of annealing for each temperature group
1171    .. mdp-value:: no
1173        No simulated annealing - just couple to reference temperature value.
1175    .. mdp-value:: single
1177        A single sequence of annealing points. If your simulation is
1178        longer than the time of the last point, the temperature will be
1179        coupled to this constant value after the annealing sequence has
1180        reached the last time point.
1182    .. mdp-value:: periodic
1184        The annealing will start over at the first reference point once
1185        the last reference time is reached. This is repeated until the
1186        simulation ends.
1188 .. mdp:: annealing-npoints
1190    A list with the number of annealing reference/control points used
1191    for each temperature group. Use 0 for groups that are not
1192    annealed. The number of entries should equal the number of
1193    temperature groups.
1195 .. mdp:: annealing-time
1197    List of times at the annealing reference/control points for each
1198    group. If you are using periodic annealing, the times will be used
1199    modulo the last value, *i.e.* if the values are 0, 5, 10, and 15,
1200    the coupling will restart at the 0ps value after 15ps, 30ps, 45ps,
1201    etc. The number of entries should equal the sum of the numbers
1202    given in :mdp:`annealing-npoints`.
1204 .. mdp:: annealing-temp
1206    List of temperatures at the annealing reference/control points for
1207    each group. The number of entries should equal the sum of the
1208    numbers given in :mdp:`annealing-npoints`.
1210 Confused? OK, let's use an example. Assume you have two temperature
1211 groups, set the group selections to ``annealing = single periodic``,
1212 the number of points of each group to ``annealing-npoints = 3 4``, the
1213 times to ``annealing-time = 0 3 6 0 2 4 6`` and finally temperatures
1214 to ``annealing-temp = 298 280 270 298 320 320 298``. The first group
1215 will be coupled to 298K at 0ps, but the reference temperature will
1216 drop linearly to reach 280K at 3ps, and then linearly between 280K and
1217 270K from 3ps to 6ps. After this is stays constant, at 270K. The
1218 second group is coupled to 298K at 0ps, it increases linearly to 320K
1219 at 2ps, where it stays constant until 4ps. Between 4ps and 6ps it
1220 decreases to 298K, and then it starts over with the same pattern
1221 again, *i.e.* rising linearly from 298K to 320K between 6ps and
1222 8ps. Check the summary printed by :ref:`gmx grompp` if you are unsure!
1225 Velocity generation
1226 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1228 .. mdp:: gen-vel
1230    .. mdp-value:: no
1232         Do not generate velocities. The velocities are set to zero
1233         when there are no velocities in the input structure file.
1235    .. mdp-value:: yes
1237         Generate velocities in :ref:`gmx grompp` according to a
1238         Maxwell distribution at temperature :mdp:`gen-temp`, with
1239         random seed :mdp:`gen-seed`. This is only meaningful with
1240         :mdp-value:`integrator=md`.
1242 .. mdp:: gen-temp
1244    (300) [K]
1245    temperature for Maxwell distribution
1247 .. mdp:: gen-seed
1249    (-1) [integer]
1250    used to initialize random generator for random velocities,
1251    when :mdp:`gen-seed` is set to -1, a pseudo random seed is
1252    used.
1255 Bonds
1256 ^^^^^
1258 .. mdp:: constraints
1260    Controls which bonds in the topology will be converted to rigid
1261    holonomic constraints. Note that typical rigid water models do not
1262    have bonds, but rather a specialized ``[settles]`` directive, so
1263    are not affected by this keyword.
1265    .. mdp-value:: none
1267       No bonds converted to constraints.
1269    .. mdp-value:: h-bonds
1271       Convert the bonds with H-atoms to constraints.
1273    .. mdp-value:: all-bonds
1275       Convert all bonds to constraints.
1277    .. mdp-value:: h-angles
1279       Convert all bonds to constraints and convert the angles that
1280       involve H-atoms to bond-constraints.
1282    .. mdp-value:: all-angles
1284       Convert all bonds to constraints and all angles to bond-constraints.
1286 .. mdp:: constraint-algorithm
1288    Chooses which solver satisfies any non-SETTLE holonomic
1289    constraints.
1291    .. mdp-value:: LINCS
1293       LINear Constraint Solver. With domain decomposition the parallel
1294       version P-LINCS is used. The accuracy in set with
1295       :mdp:`lincs-order`, which sets the number of matrices in the
1296       expansion for the matrix inversion. After the matrix inversion
1297       correction the algorithm does an iterative correction to
1298       compensate for lengthening due to rotation. The number of such
1299       iterations can be controlled with :mdp:`lincs-iter`. The root
1300       mean square relative constraint deviation is printed to the log
1301       file every :mdp:`nstlog` steps. If a bond rotates more than
1302       :mdp:`lincs-warnangle` in one step, a warning will be printed
1303       both to the log file and to ``stderr``. LINCS should not be used
1304       with coupled angle constraints.
1306    .. mdp-value:: SHAKE
1308       SHAKE is slightly slower and less stable than LINCS, but does
1309       work with angle constraints. The relative tolerance is set with
1310       :mdp:`shake-tol`, 0.0001 is a good value for "normal" MD. SHAKE
1311       does not support constraints between atoms on different
1312       decomposition domains, so it can only be used with domain
1313       decomposition when so-called update-groups are used, which is
1314       usally the case when only bonds involving hydrogens are
1315       constrained. SHAKE can not be used with energy minimization.
1317 .. mdp:: continuation
1319    This option was formerly known as ``unconstrained-start``.
1321    .. mdp-value:: no
1323       apply constraints to the start configuration and reset shells
1325    .. mdp-value:: yes
1327       do not apply constraints to the start configuration and do not
1328       reset shells, useful for exact coninuation and reruns
1330 .. mdp:: shake-tol
1332    (0.0001)
1333    relative tolerance for SHAKE
1335 .. mdp:: lincs-order
1337    (4)
1338    Highest order in the expansion of the constraint coupling
1339    matrix. When constraints form triangles, an additional expansion of
1340    the same order is applied on top of the normal expansion only for
1341    the couplings within such triangles. For "normal" MD simulations an
1342    order of 4 usually suffices, 6 is needed for large time-steps with
1343    virtual sites or BD. For accurate energy minimization an order of 8
1344    or more might be required. With domain decomposition, the cell size
1345    is limited by the distance spanned by :mdp:`lincs-order` +1
1346    constraints. When one wants to scale further than this limit, one
1347    can decrease :mdp:`lincs-order` and increase :mdp:`lincs-iter`,
1348    since the accuracy does not deteriorate when (1+ :mdp:`lincs-iter`
1349    )* :mdp:`lincs-order` remains constant.
1351 .. mdp:: lincs-iter
1353    (1)
1354    Number of iterations to correct for rotational lengthening in
1355    LINCS. For normal runs a single step is sufficient, but for NVE
1356    runs where you want to conserve energy accurately or for accurate
1357    energy minimization you might want to increase it to 2.
1359 .. mdp:: lincs-warnangle
1361    (30) [deg]
1362    maximum angle that a bond can rotate before LINCS will complain
1364 .. mdp:: morse
1366    .. mdp-value:: no
1368       bonds are represented by a harmonic potential
1370    .. mdp-value:: yes
1372       bonds are represented by a Morse potential
1375 Energy group exclusions
1376 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1378 .. mdp:: energygrp-excl
1380    Pairs of energy groups for which all non-bonded interactions are
1381    excluded. An example: if you have two energy groups ``Protein`` and
1382    ``SOL``, specifying ``energygrp-excl = Protein Protein SOL SOL``
1383    would give only the non-bonded interactions between the protein and
1384    the solvent. This is especially useful for speeding up energy
1385    calculations with ``mdrun -rerun`` and for excluding interactions
1386    within frozen groups.
1389 Walls
1390 ^^^^^
1392 .. mdp:: nwall
1394    (0)
1395    When set to 1 there is a wall at ``z=0``, when set to 2 there is
1396    also a wall at ``z=z-box``. Walls can only be used with :mdp:`pbc`
1397    ``=xy``. When set to 2, pressure coupling and Ewald summation can be
1398    used (it is usually best to use semiisotropic pressure coupling
1399    with the ``x/y`` compressibility set to 0, as otherwise the surface
1400    area will change). Walls interact wit the rest of the system
1401    through an optional :mdp:`wall-atomtype`. Energy groups ``wall0``
1402    and ``wall1`` (for :mdp:`nwall` =2) are added automatically to
1403    monitor the interaction of energy groups with each wall. The center
1404    of mass motion removal will be turned off in the ``z``-direction.
1406 .. mdp:: wall-atomtype
1408    the atom type name in the force field for each wall. By (for
1409    example) defining a special wall atom type in the topology with its
1410    own combination rules, this allows for independent tuning of the
1411    interaction of each atomtype with the walls.
1413 .. mdp:: wall-type
1415    .. mdp-value:: 9-3
1417       LJ integrated over the volume behind the wall: 9-3 potential
1419    .. mdp-value:: 10-4
1421       LJ integrated over the wall surface: 10-4 potential
1423    .. mdp-value:: 12-6
1425       direct LJ potential with the ``z`` distance from the wall
1427 .. mdp:: table
1429    user defined potentials indexed with the ``z`` distance from the
1430    wall, the tables are read analogously to the
1431    :mdp:`energygrp-table` option, where the first name is for a
1432    "normal" energy group and the second name is ``wall0`` or
1433    ``wall1``, only the dispersion and repulsion columns are used
1435 .. mdp:: wall-r-linpot
1437    (-1) [nm]
1438    Below this distance from the wall the potential is continued
1439    linearly and thus the force is constant. Setting this option to a
1440    postive value is especially useful for equilibration when some
1441    atoms are beyond a wall. When the value is <=0 (<0 for
1442    :mdp:`wall-type` =table), a fatal error is generated when atoms
1443    are beyond a wall.
1445 .. mdp:: wall-density
1447    [nm\ :sup:`-3`] / [nm\ :sup:`-2`]
1448    the number density of the atoms for each wall for wall types 9-3
1449    and 10-4
1451 .. mdp:: wall-ewald-zfac
1453    (3)
1454    The scaling factor for the third box vector for Ewald summation
1455    only, the minimum is 2. Ewald summation can only be used with
1456    :mdp:`nwall` =2, where one should use :mdp:`ewald-geometry`
1457    ``=3dc``. The empty layer in the box serves to decrease the
1458    unphysical Coulomb interaction between periodic images.
1461 COM pulling
1462 ^^^^^^^^^^^
1464 Note that where pulling coordinates are applicable, there can be more
1465 than one (set with :mdp:`pull-ncoords`) and multiple related :ref:`mdp`
1466 variables will exist accordingly. Documentation references to things
1467 like :mdp:`pull-coord1-vec` should be understood to apply to to the
1468 applicable pulling coordinate, eg. the second pull coordinate is described by
1469 pull-coord2-vec, pull-coord2-k, and so on.
1471 .. mdp:: pull
1473    .. mdp-value:: no
1475       No center of mass pulling. All the following pull options will
1476       be ignored (and if present in the :ref:`mdp` file, they unfortunately
1477       generate warnings)
1479    .. mdp-value:: yes
1481        Center of mass pulling will be applied on 1 or more groups using
1482        1 or more pull coordinates.
1484 .. mdp:: pull-cylinder-r
1486    (1.5) [nm]
1487    the radius of the cylinder for :mdp-value:`pull-coord1-geometry=cylinder`
1489 .. mdp:: pull-constr-tol
1491    (10\ :sup:`-6`)
1492    the relative constraint tolerance for constraint pulling
1494 .. mdp:: pull-print-com
1496    .. mdp-value:: no
1498       do not print the COM for any group
1500    .. mdp-value:: yes
1502       print the COM of all groups for all pull coordinates
1504 .. mdp:: pull-print-ref-value
1506    .. mdp-value:: no
1508       do not print the reference value for each pull coordinate
1510    .. mdp-value:: yes
1512       print the reference value for each pull coordinate
1514 .. mdp:: pull-print-components
1516    .. mdp-value:: no
1518       only print the distance for each pull coordinate
1520    .. mdp-value:: yes
1522       print the distance and Cartesian components selected in
1523       :mdp:`pull-coord1-dim`
1525 .. mdp:: pull-nstxout
1527    (50)
1528    frequency for writing out the COMs of all the pull group (0 is
1529    never)
1531 .. mdp:: pull-nstfout
1533    (50)
1534    frequency for writing out the force of all the pulled group
1535    (0 is never)
1537 .. mdp:: pull-pbc-ref-prev-step-com
1539    .. mdp-value:: no
1541       Use the reference atom (:mdp:`pull-group1-pbcatom`) for the
1542       treatment of periodic boundary conditions.
1544    .. mdp-value:: yes
1546       Use the COM of the previous step as reference for the treatment
1547       of periodic boundary conditions. The reference is initialized
1548       using the reference atom (:mdp:`pull-group1-pbcatom`), which should
1549       be located centrally in the group. Using the COM from the
1550       previous step can be useful if one or more pull groups are large.
1552 .. mdp:: pull-xout-average
1554    .. mdp-value:: no
1556       Write the instantaneous coordinates for all the pulled groups.
1558    .. mdp-value:: yes
1560       Write the average coordinates (since last output) for all the
1561       pulled groups. N.b., some analysis tools might expect instantaneous
1562       pull output.
1564 .. mdp:: pull-fout-average
1566    .. mdp-value:: no
1568       Write the instantaneous force for all the pulled groups.
1570    .. mdp-value:: yes
1572       Write the average force (since last output) for all the
1573       pulled groups. N.b., some analysis tools might expect instantaneous
1574       pull output.
1576 .. mdp:: pull-ngroups
1578    (1)
1579    The number of pull groups, not including the absolute reference
1580    group, when used. Pull groups can be reused in multiple pull
1581    coordinates. Below only the pull options for group 1 are given,
1582    further groups simply increase the group index number.
1584 .. mdp:: pull-ncoords
1586    (1)
1587    The number of pull coordinates. Below only the pull options for
1588    coordinate 1 are given, further coordinates simply increase the
1589    coordinate index number.
1591 .. mdp:: pull-group1-name
1593    The name of the pull group, is looked up in the index file or in
1594    the default groups to obtain the atoms involved.
1596 .. mdp:: pull-group1-weights
1598    Optional relative weights which are multiplied with the masses of
1599    the atoms to give the total weight for the COM. The number should
1600    be 0, meaning all 1, or the number of atoms in the pull group.
1602 .. mdp:: pull-group1-pbcatom
1604    (0)
1605    The reference atom for the treatment of periodic boundary
1606    conditions inside the group (this has no effect on the treatment of
1607    the pbc between groups). This option is only important when the
1608    diameter of the pull group is larger than half the shortest box
1609    vector. For determining the COM, all atoms in the group are put at
1610    their periodic image which is closest to
1611    :mdp:`pull-group1-pbcatom`. A value of 0 means that the middle
1612    atom (number wise) is used, which is only safe for small groups.
1613    :ref:`gmx grompp` checks that the maximum distance from the reference
1614    atom (specifically chosen, or not) to the other atoms in the group
1615    is not too large. This parameter is not used with
1616    :mdp:`pull-coord1-geometry` cylinder. A value of -1 turns on cosine
1617    weighting, which is useful for a group of molecules in a periodic
1618    system, *e.g.* a water slab (see Engin et al. J. Chem. Phys. B
1619    2010).
1621 .. mdp:: pull-coord1-type
1623    .. mdp-value:: umbrella
1625       Center of mass pulling using an umbrella potential between the
1626       reference group and one or more groups.
1628    .. mdp-value:: constraint
1630       Center of mass pulling using a constraint between the reference
1631       group and one or more groups. The setup is identical to the
1632       option umbrella, except for the fact that a rigid constraint is
1633       applied instead of a harmonic potential.
1635    .. mdp-value:: constant-force
1637       Center of mass pulling using a linear potential and therefore a
1638       constant force. For this option there is no reference position
1639       and therefore the parameters :mdp:`pull-coord1-init` and
1640       :mdp:`pull-coord1-rate` are not used.
1642    .. mdp-value:: flat-bottom
1644       At distances above :mdp:`pull-coord1-init` a harmonic potential
1645       is applied, otherwise no potential is applied.
1647    .. mdp-value:: flat-bottom-high
1649       At distances below :mdp:`pull-coord1-init` a harmonic potential
1650       is applied, otherwise no potential is applied.
1652    .. mdp-value:: external-potential
1654       An external potential that needs to be provided by another
1655       module.
1657 .. mdp:: pull-coord1-potential-provider
1659       The name of the external module that provides the potential for
1660       the case where :mdp:`pull-coord1-type` is external-potential.
1662 .. mdp:: pull-coord1-geometry
1664    .. mdp-value:: distance
1666       Pull along the vector connecting the two groups. Components can
1667       be selected with :mdp:`pull-coord1-dim`.
1669    .. mdp-value:: direction
1671       Pull in the direction of :mdp:`pull-coord1-vec`.
1673    .. mdp-value:: direction-periodic
1675       As :mdp-value:`pull-coord1-geometry=direction`, but does not apply
1676       periodic box vector corrections to keep the distance within half
1677       the box length. This is (only) useful for pushing groups apart
1678       by more than half the box length by continuously changing the reference
1679       location using a pull rate. With this geometry the box should not be
1680       dynamic (*e.g.* no pressure scaling) in the pull dimensions and
1681       the pull force is not added to the virial.
1683    .. mdp-value:: direction-relative
1685       As :mdp-value:`pull-coord1-geometry=direction`, but the pull vector is the vector
1686       that points from the COM of a third to the COM of a fourth pull
1687       group. This means that 4 groups need to be supplied in
1688       :mdp:`pull-coord1-groups`. Note that the pull force will give
1689       rise to a torque on the pull vector, which is turn leads to
1690       forces perpendicular to the pull vector on the two groups
1691       defining the vector. If you want a pull group to move between
1692       the two groups defining the vector, simply use the union of
1693       these two groups as the reference group.
1695    .. mdp-value:: cylinder
1697       Designed for pulling with respect to a layer where the reference
1698       COM is given by a local cylindrical part of the reference group.
1699       The pulling is in the direction of :mdp:`pull-coord1-vec`. From
1700       the first of the two groups in :mdp:`pull-coord1-groups` a
1701       cylinder is selected around the axis going through the COM of
1702       the second group with direction :mdp:`pull-coord1-vec` with
1703       radius :mdp:`pull-cylinder-r`. Weights of the atoms decrease
1704       continously to zero as the radial distance goes from 0 to
1705       :mdp:`pull-cylinder-r` (mass weighting is also used). The radial
1706       dependence gives rise to radial forces on both pull groups.
1707       Note that the radius should be smaller than half the box size.
1708       For tilted cylinders they should be even smaller than half the
1709       box size since the distance of an atom in the reference group
1710       from the COM of the pull group has both a radial and an axial
1711       component. This geometry is not supported with constraint
1712       pulling.
1714    .. mdp-value:: angle
1716       Pull along an angle defined by four groups. The angle is
1717       defined as the angle between two vectors: the vector connecting
1718       the COM of the first group to the COM of the second group and
1719       the vector connecting the COM of the third group to the COM of
1720       the fourth group.
1722    .. mdp-value:: angle-axis
1724       As :mdp-value:`pull-coord1-geometry=angle` but the second vector is given by :mdp:`pull-coord1-vec`.
1725       Thus, only the two groups that define the first vector need to be given.
1727    .. mdp-value:: dihedral
1729       Pull along a dihedral angle defined by six groups. These pairwise
1730       define three vectors: the vector connecting the COM of group 1
1731       to the COM of group 2, the COM of group 3 to the COM of group 4,
1732       and the COM of group 5 to the COM group 6. The dihedral angle is
1733       then defined as the angle between two planes: the plane spanned by the
1734       the two first vectors and the plane spanned the two last vectors.
1737 .. mdp:: pull-coord1-groups
1739    The group indices on which this pull coordinate will operate.
1740    The number of group indices required is geometry dependent.
1741    The first index can be 0, in which case an
1742    absolute reference of :mdp:`pull-coord1-origin` is used. With an
1743    absolute reference the system is no longer translation invariant
1744    and one should think about what to do with the center of mass
1745    motion.
1747 .. mdp:: pull-coord1-dim
1749    (Y Y Y)
1750    Selects the dimensions that this pull coordinate acts on and that
1751    are printed to the output files when
1752    :mdp:`pull-print-components` = :mdp-value:`pull-coord1-start=yes`. With
1753    :mdp:`pull-coord1-geometry` = :mdp-value:`pull-coord1-geometry=distance`, only Cartesian
1754    components set to Y contribute to the distance. Thus setting this
1755    to Y Y N results in a distance in the x/y plane. With other
1756    geometries all dimensions with non-zero entries in
1757    :mdp:`pull-coord1-vec` should be set to Y, the values for other
1758    dimensions only affect the output.
1760 .. mdp:: pull-coord1-origin
1762    (0.0 0.0 0.0)
1763    The pull reference position for use with an absolute reference.
1765 .. mdp:: pull-coord1-vec
1767    (0.0 0.0 0.0)
1768    The pull direction. :ref:`gmx grompp` normalizes the vector.
1770 .. mdp:: pull-coord1-start
1772    .. mdp-value:: no
1774       do not modify :mdp:`pull-coord1-init`
1776    .. mdp-value:: yes
1778       add the COM distance of the starting conformation to
1779       :mdp:`pull-coord1-init`
1781 .. mdp:: pull-coord1-init
1783    (0.0) [nm] or [deg]
1784    The reference distance or reference angle at t=0.
1786 .. mdp:: pull-coord1-rate
1788    (0) [nm/ps] or [deg/ps]
1789    The rate of change of the reference position or reference angle.
1791 .. mdp:: pull-coord1-k
1793    (0) [kJ mol\ :sup:`-1` nm\ :sup:`-2`] or [kJ mol\ :sup:`-1` nm\ :sup:`-1`] or
1794    [kJ mol\ :sup:`-1` rad\ :sup:`-2`] or [kJ mol\ :sup:`-1` rad\ :sup:`-1`]
1795    The force constant. For umbrella pulling this is the harmonic force
1796    constant in kJ mol\ :sup:`-1` nm\ :sup:`-2` (or kJ mol\ :sup:`-1` rad\ :sup:`-2`
1797    for angles). For constant force pulling this is the
1798    force constant of the linear potential, and thus the negative (!)
1799    of the constant force in kJ mol\ :sup:`-1` nm\ :sup:`-1`
1800    (or kJ mol\ :sup:`-1` rad\ :sup:`-1` for angles).
1801    Note that for angles the force constant is expressed in terms of radians
1802    (while :mdp:`pull-coord1-init` and :mdp:`pull-coord1-rate` are expressed in degrees).
1804 .. mdp:: pull-coord1-kB
1806    (pull-k1) [kJ mol\ :sup:`-1` nm\ :sup:`-2`] or [kJ mol\ :sup:`-1` nm\ :sup:`-1`]
1807    or [kJ mol\ :sup:`-1` rad\ :sup:`-2`] or [kJ mol\ :sup:`-1` rad\ :sup:`-1`]
1808    As :mdp:`pull-coord1-k`, but for state B. This is only used when
1809    :mdp:`free-energy` is turned on. The force constant is then (1 -
1810    lambda) * :mdp:`pull-coord1-k` + lambda * :mdp:`pull-coord1-kB`.
1812 AWH adaptive biasing
1813 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1815 .. mdp:: awh
1817    .. mdp-value:: no
1819       No biasing.
1821    .. mdp-value:: yes
1823       Adaptively bias a reaction coordinate using the AWH method and estimate
1824       the corresponding PMF. The PMF and other AWH data are written to energy
1825       file at an interval set by :mdp:`awh-nstout` and can be extracted with
1826       the ``gmx awh`` tool. The AWH coordinate can be
1827       multidimensional and is defined by mapping each dimension to a pull coordinate index.
1828       This is only allowed if :mdp-value:`pull-coord1-type=external-potential` and
1829       :mdp:`pull-coord1-potential-provider` = ``awh`` for the concerned pull coordinate
1830       indices. Pull geometry 'direction-periodic' is not supported by AWH.
1832 .. mdp:: awh-potential
1834    .. mdp-value:: convolved
1836       The applied biasing potential is the convolution of the bias function and a
1837       set of harmonic umbrella potentials (see :mdp-value:`awh-potential=umbrella` below). This results
1838       in a smooth potential function and force. The resolution of the potential is set
1839       by the force constant of each umbrella, see :mdp:`awh1-dim1-force-constant`.
1841    .. mdp-value:: umbrella
1843       The potential bias is applied by controlling the position of an harmonic potential
1844       using Monte-Carlo sampling.  The force constant is set with
1845       :mdp:`awh1-dim1-force-constant`. The umbrella location
1846       is sampled using Monte-Carlo every :mdp:`awh-nstsample` steps.
1847       There are no advantages to using an umbrella.
1848       This option is mainly for comparison and testing purposes.
1850 .. mdp:: awh-share-multisim
1852    .. mdp-value:: no
1854       AWH will not share biases across simulations started with
1855       :ref:`gmx mdrun` option ``-multidir``. The biases will be independent.
1857    .. mdp-value:: yes
1859       With :ref:`gmx mdrun` and option ``-multidir`` the bias and PMF estimates
1860       for biases with :mdp:`awh1-share-group` >0 will be shared across simulations
1861       with the biases with the same :mdp:`awh1-share-group` value.
1862       The simulations should have the same AWH settings for sharing to make sense.
1863       :ref:`gmx mdrun` will check whether the simulations are technically
1864       compatible for sharing, but the user should check that bias sharing
1865       physically makes sense.
1867 .. mdp:: awh-seed
1869    (-1) Random seed for Monte-Carlo sampling the umbrella position,
1870    where -1 indicates to generate a seed. Only used with
1871    :mdp-value:`awh-potential=umbrella`.
1873 .. mdp:: awh-nstout
1875    (100000)
1876    Number of steps between printing AWH data to the energy file, should be
1877    a multiple of :mdp:`nstenergy`.
1879 .. mdp:: awh-nstsample
1881    (10)
1882    Number of steps between sampling of the coordinate value. This sampling
1883    is the basis for updating the bias and estimating the PMF and other AWH observables.
1885 .. mdp:: awh-nsamples-update
1887    (10)
1888    The number of coordinate samples used for each AWH update.
1889    The update interval in steps is :mdp:`awh-nstsample` times this value.
1891 .. mdp:: awh-nbias
1893    (1)
1894    The number of biases, each acting on its own coordinate.
1895    The following options should be specified
1896    for each bias although below only the options for bias number 1 is shown. Options for
1897    other bias indices are  obtained by replacing '1' by the bias index.
1899 .. mdp:: awh1-error-init
1901    (10.0) [kJ mol\ :sup:`-1`]
1902    Estimated initial average error of the PMF for this bias. This value together with the
1903    given diffusion constant(s) :mdp:`awh1-dim1-diffusion` determine the initial biasing rate.
1904    The error is obviously not known *a priori*. Only a rough estimate of :mdp:`awh1-error-init`
1905    is needed however.
1906    As a  general guideline, leave :mdp:`awh1-error-init` to its default value when starting a new
1907    simulation. On the other hand, when there is *a priori* knowledge of the PMF (e.g. when
1908    an initial PMF estimate is provided, see the :mdp:`awh1-user-data` option)
1909    then :mdp:`awh1-error-init` should reflect that knowledge.
1911 .. mdp:: awh1-growth
1913    .. mdp-value:: exp-linear
1915    Each bias keeps a reference weight histogram for the coordinate samples.
1916    Its size sets the magnitude of the bias function and free energy estimate updates
1917    (few samples corresponds to large updates and vice versa).
1918    Thus, its growth rate sets the maximum convergence rate.
1919    By default, there is an initial stage in which the histogram grows close to exponentially (but slower than the sampling rate).
1920    In the final stage that follows, the growth rate is linear and equal to the sampling rate (set by :mdp:`awh-nstsample`).
1921    The initial stage is typically necessary for efficient convergence when starting a new simulation where
1922    high free energy barriers have not yet been flattened by the bias.
1924    .. mdp-value:: linear
1926    As :mdp-value:`awh1-growth=exp-linear` but skip the initial stage. This may be useful if there is *a priori*
1927    knowledge (see :mdp:`awh1-error-init`) which eliminates the need for an initial stage. This is also
1928    the setting compatible with :mdp-value:`awh1-target=local-boltzmann`.
1930 .. mdp:: awh1-equilibrate-histogram
1932    .. mdp-value:: no
1934       Do not equilibrate histogram.
1936    .. mdp-value:: yes
1938       Before entering the initial stage (see :mdp-value:`awh1-growth=exp-linear`), make sure the
1939       histogram of sampled weights is following the target distribution closely enough (specifically,
1940       at least 80% of the target region needs to have a local relative error of less than 20%). This
1941       option would typically only be used when :mdp:`awh1-share-group` > 0
1942       and the initial configurations poorly represent the target
1943       distribution.
1945 .. mdp:: awh1-target
1947    .. mdp-value:: constant
1949       The bias is tuned towards a constant (uniform) coordinate distribution
1950       in the defined sampling interval (defined by  [:mdp:`awh1-dim1-start`, :mdp:`awh1-dim1-end`]).
1952    .. mdp-value:: cutoff
1954       Similar to :mdp-value:`awh1-target=constant`, but the target
1955       distribution is proportional to 1/(1 + exp(F - :mdp-value:`awh1-target=cutoff`)),
1956       where F is the free energy relative to the estimated global minimum.
1957       This provides a smooth switch of a flat target distribution in
1958       regions with free energy lower than the cut-off to a Boltzmann
1959       distribution in regions with free energy higher than the cut-off.
1961    .. mdp-value:: boltzmann
1963       The target distribution is a Boltzmann distribtution with a scaled beta (inverse temperature)
1964       factor given by :mdp:`awh1-target-beta-scaling`. *E.g.*, a value of 0.1
1965       would give the same coordinate distribution as sampling with a simulation temperature
1966       scaled by 10.
1968    .. mdp-value:: local-boltzmann
1970       Same target distribution and use of :mdp:`awh1-target-beta-scaling`
1971       but the convergence towards the target distribution is inherently local *i.e.*, the rate of
1972       change of the bias only depends on the local sampling. This local convergence property is
1973       only compatible with :mdp-value:`awh1-growth=linear`, since for
1974       :mdp-value:`awh1-growth=exp-linear` histograms are globally rescaled in the initial stage.
1976 .. mdp:: awh1-target-beta-scaling
1978    (0)
1979    For :mdp-value:`awh1-target=boltzmann` and :mdp-value:`awh1-target=local-boltzmann`
1980    it is the unitless beta scaling factor taking values in (0,1).
1982 .. mdp:: awh1-target-cutoff
1984    (0) [kJ mol\ :sup:`-1`]
1985    For :mdp-value:`awh1-target=cutoff` this is the cutoff, should be > 0.
1987 .. mdp:: awh1-user-data
1989    .. mdp-value:: no
1991       Initialize the PMF and target distribution with default values.
1993    .. mdp-value:: yes
1995       Initialize the PMF and target distribution with user provided data. For :mdp:`awh-nbias` = 1,
1996       :ref:`gmx mdrun` will expect a file ``awhinit.xvg`` to be present in the run directory.
1997       For multiple biases, :ref:`gmx mdrun` expects files ``awhinit1.xvg``, ``awhinit2.xvg``, etc.
1998       The file name can be changed with the ``-awh`` option.
1999       The first :mdp:`awh1-ndim` columns of
2000       each input file should contain the coordinate values, such that each row defines a point in
2001       coordinate space. Column :mdp:`awh1-ndim` + 1 should contain the PMF value for each point.
2002       The target distribution column can either follow the PMF (column  :mdp:`awh1-ndim` + 2) or
2003       be in the same column as written by :ref:`gmx awh`.
2005 .. mdp:: awh1-share-group
2007    .. mdp-value:: 0
2009       Do not share the bias.
2011    .. mdp-value:: positive
2013       Share the bias and PMF estimates within and/or between simulations.
2014       Within a simulation, the bias will be shared between biases that have the
2015       same :mdp:`awh1-share-group` index (note that the current code does not support this).
2016       With :mdp-value:`awh-share-multisim=yes` and
2017       :ref:`gmx mdrun` option ``-multidir`` the bias will also be shared across simulations.
2018       Sharing may increase convergence initially, although the starting configurations
2019       can be critical, especially when sharing between many biases.
2020       Currently, positive group values should start at 1 and increase
2021       by 1 for each subsequent bias that is shared.
2023 .. mdp:: awh1-ndim
2025    (1) [integer]
2026    Number of dimensions of the coordinate, each dimension maps to 1 pull coordinate.
2027    The following options should be specified for each such dimension. Below only
2028    the options for dimension number 1 is shown. Options for other dimension indices are
2029    obtained by replacing '1' by the dimension index.
2031 .. mdp:: awh1-dim1-coord-provider
2033    .. mdp-value:: pull
2035       The module providing the reaction coordinate for this dimension.
2036       Currently AWH can only act on pull coordinates.
2038 .. mdp:: awh1-dim1-coord-index
2040    (1)
2041    Index of the pull coordinate defining this coordinate dimension.
2043 .. mdp:: awh1-dim1-force-constant
2045    (0) [kJ mol\ :sup:`-1` nm\ :sup:`-2`] or [kJ mol\ :sup:`-1` rad\ :sup:`-2`]
2046    Force constant for the (convolved) umbrella potential(s) along this
2047    coordinate dimension.
2049 .. mdp:: awh1-dim1-start
2051    (0.0) [nm] or [rad]
2052    Start value of the sampling interval along this dimension. The range of allowed
2053    values depends on the relevant pull geometry (see :mdp:`pull-coord1-geometry`).
2054    For dihedral geometries :mdp:`awh1-dim1-start` greater than :mdp:`awh1-dim1-end`
2055    is allowed. The interval will then wrap around from +period/2 to -period/2.
2056    For the direction geometry, the dimension is made periodic when
2057    the direction is along a box vector and covers more than 95%
2058    of the box length. Note that one should not apply pressure coupling
2059    along a periodic dimension.
2061 .. mdp:: awh1-dim1-end
2063    (0.0) [nm] or [rad]
2064    End value defining the sampling interval together with :mdp:`awh1-dim1-start`.
2066 .. mdp:: awh1-dim1-diffusion
2068    (10\ :sup:`-5`) [nm\ :sup:`2`/ps] or [rad\ :sup:`2`/ps]
2069    Estimated diffusion constant for this coordinate dimension determining the initial
2070    biasing rate. This needs only be a rough estimate and should not critically
2071    affect the results unless it is set to something very low, leading to slow convergence,
2072    or very high, forcing the system far from equilibrium. Not setting this value
2073    explicitly generates a warning.
2075 .. mdp:: awh1-dim1-cover-diameter
2077    (0.0) [nm] or [rad]
2078    Diameter that needs to be sampled by a single simulation around a coordinate value
2079    before the point is considered covered in the initial stage (see :mdp-value:`awh1-growth=exp-linear`).
2080    A value > 0  ensures that for each covering there is a continuous transition of this diameter
2081    across each coordinate value.
2082    This is trivially true for independent simulations but not for for multiple bias-sharing simulations
2083    (:mdp:`awh1-share-group`>0).
2084    For a diameter = 0, covering occurs as soon as the simulations have sampled the whole interval, which
2085    for many sharing simulations does not guarantee transitions across free energy barriers.
2086    On the other hand, when the diameter >= the sampling interval length, covering occurs when a single simulation
2087    has independently sampled the whole interval.
2089 Enforced rotation
2090 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
2092 These :ref:`mdp` parameters can be used enforce the rotation of a group of atoms,
2093 e.g. a protein subunit. The `reference manual`_ describes in detail 13 different potentials
2094 that can be used to achieve such a rotation.
2096 .. mdp:: rotation
2098    .. mdp-value:: no
2100       No enforced rotation will be applied. All enforced rotation options will
2101       be ignored (and if present in the :ref:`mdp` file, they unfortunately
2102       generate warnings).
2104    .. mdp-value:: yes
2106       Apply the rotation potential specified by :mdp:`rot-type0` to the group of atoms given
2107       under the :mdp:`rot-group0` option.
2109 .. mdp:: rot-ngroups
2111    (1)
2112    Number of rotation groups.
2114 .. mdp:: rot-group0
2116    Name of rotation group 0 in the index file.
2118 .. mdp:: rot-type0
2120    (iso)
2121    Type of rotation potential that is applied to rotation group 0. Can be of of the following:
2122    ``iso``, ``iso-pf``, ``pm``, ``pm-pf``, ``rm``, ``rm-pf``, ``rm2``, ``rm2-pf``,
2123    ``flex``, ``flex-t``, ``flex2``, or ``flex2-t``.
2125 .. mdp:: rot-massw0
2127    (no)
2128    Use mass weighted rotation group positions.
2130 .. mdp:: rot-vec0
2132    (1.0 0.0 0.0)
2133    Rotation vector, will get normalized.
2135 .. mdp:: rot-pivot0
2137    (0.0 0.0 0.0) [nm]
2138    Pivot point for the potentials ``iso``, ``pm``, ``rm``, and ``rm2``.
2140 .. mdp:: rot-rate0
2142    (0) [degree ps\ :sup:`-1`]
2143    Reference rotation rate of group 0.
2145 .. mdp:: rot-k0
2147    (0) [kJ mol\ :sup:`-1` nm\ :sup:`-2`]
2148    Force constant for group 0.
2150 .. mdp:: rot-slab-dist0
2152    (1.5) [nm]
2153    Slab distance, if a flexible axis rotation type was chosen.
2155 .. mdp:: rot-min-gauss0
2157    (0.001)
2158    Minimum value (cutoff) of Gaussian function for the force to be evaluated
2159    (for the flexible axis potentials).
2161 .. mdp:: rot-eps0
2163    (0.0001) [nm\ :sup:`2`]
2164    Value of additive constant epsilon for ``rm2*`` and ``flex2*`` potentials.
2166 .. mdp:: rot-fit-method0
2168    (rmsd)
2169    Fitting method when determining the actual angle of a rotation group
2170    (can be one of ``rmsd``, ``norm``, or ``potential``).
2172 .. mdp:: rot-potfit-nsteps0
2174    (21)
2175    For fit type ``potential``, the number of angular positions around the reference angle for which the
2176    rotation potential is evaluated.
2178 .. mdp:: rot-potfit-step0
2180    (0.25)
2181    For fit type ``potential``, the distance in degrees between two angular positions.
2183 .. mdp:: rot-nstrout
2185    (100)
2186    Output frequency (in steps) for the angle of the rotation group, as well as for the torque
2187    and the rotation potential energy.
2189 .. mdp:: rot-nstsout
2191    (1000)
2192    Output frequency for per-slab data of the flexible axis potentials, i.e. angles, torques and slab centers.
2195 NMR refinement
2196 ^^^^^^^^^^^^^^
2198 .. mdp:: disre
2200    .. mdp-value:: no
2202       ignore distance restraint information in topology file
2204    .. mdp-value:: simple
2206       simple (per-molecule) distance restraints.
2208    .. mdp-value:: ensemble
2210       distance restraints over an ensemble of molecules in one
2211       simulation box. Normally, one would perform ensemble averaging
2212       over multiple simulations, using ``mdrun
2213       -multidir``. The environment
2214       variable ``GMX_DISRE_ENSEMBLE_SIZE`` sets the number of systems
2215       within each ensemble (usually equal to the number of directories
2216       supplied to ``mdrun -multidir``).
2218 .. mdp:: disre-weighting
2220    .. mdp-value:: equal
2222       divide the restraint force equally over all atom pairs in the
2223       restraint
2225    .. mdp-value:: conservative
2227       the forces are the derivative of the restraint potential, this
2228       results in an weighting of the atom pairs to the reciprocal
2229       seventh power of the displacement. The forces are conservative
2230       when :mdp:`disre-tau` is zero.
2232 .. mdp:: disre-mixed
2234    .. mdp-value:: no
2236       the violation used in the calculation of the restraint force is
2237       the time-averaged violation
2239    .. mdp-value:: yes
2241       the violation used in the calculation of the restraint force is
2242       the square root of the product of the time-averaged violation
2243       and the instantaneous violation
2245 .. mdp:: disre-fc
2247    (1000) [kJ mol\ :sup:`-1` nm\ :sup:`-2`]
2248    force constant for distance restraints, which is multiplied by a
2249    (possibly) different factor for each restraint given in the `fac`
2250    column of the interaction in the topology file.
2252 .. mdp:: disre-tau
2254    (0) [ps]
2255    time constant for distance restraints running average. A value of
2256    zero turns off time averaging.
2258 .. mdp:: nstdisreout
2260    (100) [steps]
2261    period between steps when the running time-averaged and
2262    instantaneous distances of all atom pairs involved in restraints
2263    are written to the energy file (can make the energy file very
2264    large)
2266 .. mdp:: orire
2268    .. mdp-value:: no
2270       ignore orientation restraint information in topology file
2272    .. mdp-value:: yes
2274       use orientation restraints, ensemble averaging can be performed
2275       with ``mdrun -multidir``
2277 .. mdp:: orire-fc
2279    (0) [kJ mol\ :sup:`-1`]
2280    force constant for orientation restraints, which is multiplied by a
2281    (possibly) different weight factor for each restraint, can be set
2282    to zero to obtain the orientations from a free simulation
2284 .. mdp:: orire-tau
2286    (0) [ps]
2287    time constant for orientation restraints running average. A value
2288    of zero turns off time averaging.
2290 .. mdp:: orire-fitgrp
2292    fit group for orientation restraining. This group of atoms is used
2293    to determine the rotation **R** of the system with respect to the
2294    reference orientation. The reference orientation is the starting
2295    conformation of the first subsystem. For a protein, backbone is a
2296    reasonable choice
2298 .. mdp:: nstorireout
2300    (100) [steps]
2301    period between steps when the running time-averaged and
2302    instantaneous orientations for all restraints, and the molecular
2303    order tensor are written to the energy file (can make the energy
2304    file very large)
2307 Free energy calculations
2308 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2310 .. mdp:: free-energy
2312    .. mdp-value:: no
2314       Only use topology A.
2316    .. mdp-value:: yes
2318       Interpolate between topology A (lambda=0) to topology B
2319       (lambda=1) and write the derivative of the Hamiltonian with
2320       respect to lambda (as specified with :mdp:`dhdl-derivatives`),
2321       or the Hamiltonian differences with respect to other lambda
2322       values (as specified with foreign lambda) to the energy file
2323       and/or to ``dhdl.xvg``, where they can be processed by, for
2324       example :ref:`gmx bar`. The potentials, bond-lengths and angles
2325       are interpolated linearly as described in the manual. When
2326       :mdp:`sc-alpha` is larger than zero, soft-core potentials are
2327       used for the LJ and Coulomb interactions.
2329 .. mdp:: expanded
2331    Turns on expanded ensemble simulation, where the alchemical state
2332    becomes a dynamic variable, allowing jumping between different
2333    Hamiltonians. See the expanded ensemble options for controlling how
2334    expanded ensemble simulations are performed. The different
2335    Hamiltonians used in expanded ensemble simulations are defined by
2336    the other free energy options.
2338 .. mdp:: init-lambda
2340    (-1)
2341    starting value for lambda (float). Generally, this should only be
2342    used with slow growth (*i.e.* nonzero :mdp:`delta-lambda`). In
2343    other cases, :mdp:`init-lambda-state` should be specified
2344    instead. Must be greater than or equal to 0.
2346 .. mdp:: delta-lambda
2348    (0)
2349    increment per time step for lambda
2351 .. mdp:: init-lambda-state
2353    (-1)
2354    starting value for the lambda state (integer). Specifies which
2355    columm of the lambda vector (:mdp:`coul-lambdas`,
2356    :mdp:`vdw-lambdas`, :mdp:`bonded-lambdas`,
2357    :mdp:`restraint-lambdas`, :mdp:`mass-lambdas`,
2358    :mdp:`temperature-lambdas`, :mdp:`fep-lambdas`) should be
2359    used. This is a zero-based index: :mdp:`init-lambda-state` 0 means
2360    the first column, and so on.
2362 .. mdp:: fep-lambdas
2364    [array]
2365    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2366    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2367    steps. Values must be between 0 and 1. Free energy differences
2368    between different lambda values can then be determined with
2369    :ref:`gmx bar`. :mdp:`fep-lambdas` is different from the
2370    other -lambdas keywords because all components of the lambda vector
2371    that are not specified will use :mdp:`fep-lambdas` (including
2372    :mdp:`restraint-lambdas` and therefore the pull code restraints).
2374 .. mdp:: coul-lambdas
2376    [array]
2377    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2378    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2379    steps. Values must be between 0 and 1. Only the electrostatic
2380    interactions are controlled with this component of the lambda
2381    vector (and only if the lambda=0 and lambda=1 states have differing
2382    electrostatic interactions).
2384 .. mdp:: vdw-lambdas
2386    [array]
2387    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2388    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2389    steps. Values must be between 0 and 1. Only the van der Waals
2390    interactions are controlled with this component of the lambda
2391    vector.
2393 .. mdp:: bonded-lambdas
2395    [array]
2396    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2397    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2398    steps. Values must be between 0 and 1. Only the bonded interactions
2399    are controlled with this component of the lambda vector.
2401 .. mdp:: restraint-lambdas
2403    [array]
2404    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2405    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2406    steps. Values must be between 0 and 1. Only the restraint
2407    interactions: dihedral restraints, and the pull code restraints are
2408    controlled with this component of the lambda vector.
2410 .. mdp:: mass-lambdas
2412    [array]
2413    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2414    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2415    steps. Values must be between 0 and 1. Only the particle masses are
2416    controlled with this component of the lambda vector.
2418 .. mdp:: temperature-lambdas
2420    [array]
2421    Zero, one or more lambda values for which Delta H values will be
2422    determined and written to dhdl.xvg every :mdp:`nstdhdl`
2423    steps. Values must be between 0 and 1. Only the temperatures
2424    controlled with this component of the lambda vector. Note that
2425    these lambdas should not be used for replica exchange, only for
2426    simulated tempering.
2428 .. mdp:: calc-lambda-neighbors
2430    (1)
2431    Controls the number of lambda values for which Delta H values will
2432    be calculated and written out, if :mdp:`init-lambda-state` has
2433    been set. A positive value will limit the number of lambda points
2434    calculated to only the nth neighbors of :mdp:`init-lambda-state`:
2435    for example, if :mdp:`init-lambda-state` is 5 and this parameter
2436    has a value of 2, energies for lambda points 3-7 will be calculated
2437    and writen out. A value of -1 means all lambda points will be
2438    written out. For normal BAR such as with :ref:`gmx bar`, a value of
2439    1 is sufficient, while for MBAR -1 should be used.
2441 .. mdp:: sc-alpha
2443    (0)
2444    the soft-core alpha parameter, a value of 0 results in linear
2445    interpolation of the LJ and Coulomb interactions
2447 .. mdp:: sc-r-power
2449    (6)
2450    power 6 for the radial term in the soft-core equation.
2452    (48)
2453    (deprecated) power 48 for the radial term in the soft-core equation. 
2454    Note that sc-alpha should generally be much lower (between 0.001 and 0.003).
2456 .. mdp:: sc-coul
2458    (no)
2459    Whether to apply the soft-core free energy interaction
2460    transformation to the Columbic interaction of a molecule. Default
2461    is no, as it is generally more efficient to turn off the Coulomic
2462    interactions linearly before turning off the van der Waals
2463    interactions. Note that it is only taken into account when lambda
2464    states are used, not with :mdp:`couple-lambda0` /
2465    :mdp:`couple-lambda1`, and you can still turn off soft-core
2466    interactions by setting :mdp:`sc-alpha` to 0.
2468 .. mdp:: sc-power
2470    (0)
2471    the power for lambda in the soft-core function, only the values 1
2472    and 2 are supported
2474 .. mdp:: sc-sigma
2476    (0.3) [nm]
2477    the soft-core sigma for particles which have a C6 or C12 parameter
2478    equal to zero or a sigma smaller than :mdp:`sc-sigma`
2480 .. mdp:: couple-moltype
2482    Here one can supply a molecule type (as defined in the topology)
2483    for calculating solvation or coupling free energies. There is a
2484    special option ``system`` that couples all molecule types in the
2485    system. This can be useful for equilibrating a system starting from
2486    (nearly) random coordinates. :mdp:`free-energy` has to be turned
2487    on. The Van der Waals interactions and/or charges in this molecule
2488    type can be turned on or off between lambda=0 and lambda=1,
2489    depending on the settings of :mdp:`couple-lambda0` and
2490    :mdp:`couple-lambda1`. If you want to decouple one of several
2491    copies of a molecule, you need to copy and rename the molecule
2492    definition in the topology.
2494 .. mdp:: couple-lambda0
2496    .. mdp-value:: vdw-q
2498       all interactions are on at lambda=0
2500    .. mdp-value:: vdw
2502       the charges are zero (no Coulomb interactions) at lambda=0
2504    .. mdp-value:: q
2506       the Van der Waals interactions are turned at lambda=0; soft-core
2507       interactions will be required to avoid singularities
2509    .. mdp-value:: none
2511       the Van der Waals interactions are turned off and the charges
2512       are zero at lambda=0; soft-core interactions will be required to
2513       avoid singularities.
2515 .. mdp:: couple-lambda1
2517    analogous to :mdp:`couple-lambda1`, but for lambda=1
2519 .. mdp:: couple-intramol
2521    .. mdp-value:: no
2523       All intra-molecular non-bonded interactions for moleculetype
2524       :mdp:`couple-moltype` are replaced by exclusions and explicit
2525       pair interactions. In this manner the decoupled state of the
2526       molecule corresponds to the proper vacuum state without
2527       periodicity effects.
2529    .. mdp-value:: yes
2531       The intra-molecular Van der Waals and Coulomb interactions are
2532       also turned on/off. This can be useful for partitioning
2533       free-energies of relatively large molecules, where the
2534       intra-molecular non-bonded interactions might lead to
2535       kinetically trapped vacuum conformations. The 1-4 pair
2536       interactions are not turned off.
2538 .. mdp:: nstdhdl
2540    (100)
2541    the frequency for writing dH/dlambda and possibly Delta H to
2542    dhdl.xvg, 0 means no ouput, should be a multiple of
2543    :mdp:`nstcalcenergy`.
2545 .. mdp:: dhdl-derivatives
2547    (yes)
2549    If yes (the default), the derivatives of the Hamiltonian with
2550    respect to lambda at each :mdp:`nstdhdl` step are written
2551    out. These values are needed for interpolation of linear energy
2552    differences with :ref:`gmx bar` (although the same can also be
2553    achieved with the right foreign lambda setting, that may not be as
2554    flexible), or with thermodynamic integration
2556 .. mdp:: dhdl-print-energy
2558    (no)
2560    Include either the total or the potential energy in the dhdl
2561    file. Options are 'no', 'potential', or 'total'. This information
2562    is needed for later free energy analysis if the states of interest
2563    are at different temperatures. If all states are at the same
2564    temperature, this information is not needed. 'potential' is useful
2565    in case one is using ``mdrun -rerun`` to generate the ``dhdl.xvg``
2566    file. When rerunning from an existing trajectory, the kinetic
2567    energy will often not be correct, and thus one must compute the
2568    residual free energy from the potential alone, with the kinetic
2569    energy component computed analytically.
2571 .. mdp:: separate-dhdl-file
2573    .. mdp-value:: yes
2575       The free energy values that are calculated (as specified with
2576       the foreign lambda and :mdp:`dhdl-derivatives` settings) are
2577       written out to a separate file, with the default name
2578       ``dhdl.xvg``. This file can be used directly with :ref:`gmx
2579       bar`.
2581    .. mdp-value:: no
2583       The free energy values are written out to the energy output file
2584       (``ener.edr``, in accumulated blocks at every :mdp:`nstenergy`
2585       steps), where they can be extracted with :ref:`gmx energy` or
2586       used directly with :ref:`gmx bar`.
2588 .. mdp:: dh-hist-size
2590    (0)
2591    If nonzero, specifies the size of the histogram into which the
2592    Delta H values (specified with foreign lambda) and the derivative
2593    dH/dl values are binned, and written to ener.edr. This can be used
2594    to save disk space while calculating free energy differences. One
2595    histogram gets written for each foreign lambda and two for the
2596    dH/dl, at every :mdp:`nstenergy` step. Be aware that incorrect
2597    histogram settings (too small size or too wide bins) can introduce
2598    errors. Do not use histograms unless you're certain you need it.
2600 .. mdp:: dh-hist-spacing
2602    (0.1)
2603    Specifies the bin width of the histograms, in energy units. Used in
2604    conjunction with :mdp:`dh-hist-size`. This size limits the
2605    accuracy with which free energies can be calculated. Do not use
2606    histograms unless you're certain you need it.
2609 Expanded Ensemble calculations
2610 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2612 .. mdp:: nstexpanded
2614    The number of integration steps beween attempted moves changing the
2615    system Hamiltonian in expanded ensemble simulations. Must be a
2616    multiple of :mdp:`nstcalcenergy`, but can be greater or less than
2617    :mdp:`nstdhdl`.
2619 .. mdp:: lmc-stats
2621    .. mdp-value:: no
2623       No Monte Carlo in state space is performed.
2625    .. mdp-value:: metropolis-transition
2627       Uses the Metropolis weights to update the expanded ensemble
2628       weight of each state. Min{1,exp(-(beta_new u_new - beta_old
2629       u_old)}
2631    .. mdp-value:: barker-transition
2633       Uses the Barker transition critera to update the expanded
2634       ensemble weight of each state i, defined by exp(-beta_new
2635       u_new)/(exp(-beta_new u_new)+exp(-beta_old u_old))
2637    .. mdp-value:: wang-landau
2639       Uses the Wang-Landau algorithm (in state space, not energy
2640       space) to update the expanded ensemble weights.
2642    .. mdp-value:: min-variance
2644       Uses the minimum variance updating method of Escobedo et al. to
2645       update the expanded ensemble weights. Weights will not be the
2646       free energies, but will rather emphasize states that need more
2647       sampling to give even uncertainty.
2649 .. mdp:: lmc-mc-move
2651    .. mdp-value:: no
2653       No Monte Carlo in state space is performed.
2655    .. mdp-value:: metropolis-transition
2657       Randomly chooses a new state up or down, then uses the
2658       Metropolis critera to decide whether to accept or reject:
2659       Min{1,exp(-(beta_new u_new - beta_old u_old)}
2661    .. mdp-value:: barker-transition
2663       Randomly chooses a new state up or down, then uses the Barker
2664       transition critera to decide whether to accept or reject:
2665       exp(-beta_new u_new)/(exp(-beta_new u_new)+exp(-beta_old u_old))
2667    .. mdp-value:: gibbs
2669        Uses the conditional weights of the state given the coordinate
2670        (exp(-beta_i u_i) / sum_k exp(beta_i u_i) to decide which state
2671        to move to.
2673    .. mdp-value:: metropolized-gibbs
2675        Uses the conditional weights of the state given the coordinate
2676        (exp(-beta_i u_i) / sum_k exp(beta_i u_i) to decide which state
2677        to move to, EXCLUDING the current state, then uses a rejection
2678        step to ensure detailed balance. Always more efficient that
2679        Gibbs, though only marginally so in many situations, such as
2680        when only the nearest neighbors have decent phase space
2681        overlap.
2683 .. mdp:: lmc-seed
2685    (-1)
2686    random seed to use for Monte Carlo moves in state space. When
2687    :mdp:`lmc-seed` is set to -1, a pseudo random seed is us
2689 .. mdp:: mc-temperature
2691    Temperature used for acceptance/rejection for Monte Carlo moves. If
2692    not specified, the temperature of the simulation specified in the
2693    first group of :mdp:`ref-t` is used.
2695 .. mdp:: wl-ratio
2697    (0.8)
2698    The cutoff for the histogram of state occupancies to be reset, and
2699    the free energy incrementor to be changed from delta to delta *
2700    :mdp:`wl-scale`. If we define the Nratio = (number of samples at
2701    each histogram) / (average number of samples at each
2702    histogram). :mdp:`wl-ratio` of 0.8 means that means that the
2703    histogram is only considered flat if all Nratio > 0.8 AND
2704    simultaneously all 1/Nratio > 0.8.
2706 .. mdp:: wl-scale
2708    (0.8)
2709    Each time the histogram is considered flat, then the current value
2710    of the Wang-Landau incrementor for the free energies is multiplied
2711    by :mdp:`wl-scale`. Value must be between 0 and 1.
2713 .. mdp:: init-wl-delta
2715    (1.0)
2716    The initial value of the Wang-Landau incrementor in kT. Some value
2717    near 1 kT is usually most efficient, though sometimes a value of
2718    2-3 in units of kT works better if the free energy differences are
2719    large.
2721 .. mdp:: wl-oneovert
2723    (no)
2724    Set Wang-Landau incrementor to scale with 1/(simulation time) in
2725    the large sample limit. There is significant evidence that the
2726    standard Wang-Landau algorithms in state space presented here
2727    result in free energies getting 'burned in' to incorrect values
2728    that depend on the initial state. when :mdp:`wl-oneovert` is true,
2729    then when the incrementor becomes less than 1/N, where N is the
2730    mumber of samples collected (and thus proportional to the data
2731    collection time, hence '1 over t'), then the Wang-Lambda
2732    incrementor is set to 1/N, decreasing every step. Once this occurs,
2733    :mdp:`wl-ratio` is ignored, but the weights will still stop
2734    updating when the equilibration criteria set in
2735    :mdp:`lmc-weights-equil` is achieved.
2737 .. mdp:: lmc-repeats
2739    (1)
2740    Controls the number of times that each Monte Carlo swap type is
2741    performed each iteration. In the limit of large numbers of Monte
2742    Carlo repeats, then all methods converge to Gibbs sampling. The
2743    value will generally not need to be different from 1.
2745 .. mdp:: lmc-gibbsdelta
2747    (-1)
2748    Limit Gibbs sampling to selected numbers of neighboring states. For
2749    Gibbs sampling, it is sometimes inefficient to perform Gibbs
2750    sampling over all of the states that are defined. A positive value
2751    of :mdp:`lmc-gibbsdelta` means that only states plus or minus
2752    :mdp:`lmc-gibbsdelta` are considered in exchanges up and down. A
2753    value of -1 means that all states are considered. For less than 100
2754    states, it is probably not that expensive to include all states.
2756 .. mdp:: lmc-forced-nstart
2758    (0)
2759    Force initial state space sampling to generate weights. In order to
2760    come up with reasonable initial weights, this setting allows the
2761    simulation to drive from the initial to the final lambda state,
2762    with :mdp:`lmc-forced-nstart` steps at each state before moving on
2763    to the next lambda state. If :mdp:`lmc-forced-nstart` is
2764    sufficiently long (thousands of steps, perhaps), then the weights
2765    will be close to correct. However, in most cases, it is probably
2766    better to simply run the standard weight equilibration algorithms.
2768 .. mdp:: nst-transition-matrix
2770    (-1)
2771    Frequency of outputting the expanded ensemble transition matrix. A
2772    negative number means it will only be printed at the end of the
2773    simulation.
2775 .. mdp:: symmetrized-transition-matrix
2777    (no)
2778    Whether to symmetrize the empirical transition matrix. In the
2779    infinite limit the matrix will be symmetric, but will diverge with
2780    statistical noise for short timescales. Forced symmetrization, by
2781    using the matrix T_sym = 1/2 (T + transpose(T)), removes problems
2782    like the existence of (small magnitude) negative eigenvalues.
2784 .. mdp:: mininum-var-min
2786    (100)
2787    The min-variance strategy (option of :mdp:`lmc-stats` is only
2788    valid for larger number of samples, and can get stuck if too few
2789    samples are used at each state. :mdp:`mininum-var-min` is the
2790    minimum number of samples that each state that are allowed before
2791    the min-variance strategy is activated if selected.
2793 .. mdp:: init-lambda-weights
2795    The initial weights (free energies) used for the expanded ensemble
2796    states. Default is a vector of zero weights. format is similar to
2797    the lambda vector settings in :mdp:`fep-lambdas`, except the
2798    weights can be any floating point number. Units are kT. Its length
2799    must match the lambda vector lengths.
2801 .. mdp:: lmc-weights-equil
2803    .. mdp-value:: no
2805       Expanded ensemble weights continue to be updated throughout the
2806       simulation.
2808    .. mdp-value:: yes
2810       The input expanded ensemble weights are treated as equilibrated,
2811       and are not updated throughout the simulation.
2813    .. mdp-value:: wl-delta
2815       Expanded ensemble weight updating is stopped when the
2816       Wang-Landau incrementor falls below this value.
2818    .. mdp-value:: number-all-lambda
2820       Expanded ensemble weight updating is stopped when the number of
2821       samples at all of the lambda states is greater than this value.
2823    .. mdp-value:: number-steps
2825       Expanded ensemble weight updating is stopped when the number of
2826       steps is greater than the level specified by this value.
2828    .. mdp-value:: number-samples
2830       Expanded ensemble weight updating is stopped when the number of
2831       total samples across all lambda states is greater than the level
2832       specified by this value.
2834    .. mdp-value:: count-ratio
2836       Expanded ensemble weight updating is stopped when the ratio of
2837       samples at the least sampled lambda state and most sampled
2838       lambda state greater than this value.
2840 .. mdp:: simulated-tempering
2842    (no)
2843    Turn simulated tempering on or off. Simulated tempering is
2844    implemented as expanded ensemble sampling with different
2845    temperatures instead of different Hamiltonians.
2847 .. mdp:: sim-temp-low
2849    (300) [K]
2850    Low temperature for simulated tempering.
2852 .. mdp:: sim-temp-high
2854    (300) [K]
2855    High temperature for simulated tempering.
2857 .. mdp:: simulated-tempering-scaling
2859    Controls the way that the temperatures at intermediate lambdas are
2860    calculated from the :mdp:`temperature-lambdas` part of the lambda
2861    vector.
2863    .. mdp-value:: linear
2865       Linearly interpolates the temperatures using the values of
2866       :mdp:`temperature-lambdas`, *i.e.* if :mdp:`sim-temp-low`
2867       =300, :mdp:`sim-temp-high` =400, then lambda=0.5 correspond to
2868       a temperature of 350. A nonlinear set of temperatures can always
2869       be implemented with uneven spacing in lambda.
2871    .. mdp-value:: geometric
2873       Interpolates temperatures geometrically between
2874       :mdp:`sim-temp-low` and :mdp:`sim-temp-high`. The i:th state
2875       has temperature :mdp:`sim-temp-low` * (:mdp:`sim-temp-high` /
2876       :mdp:`sim-temp-low`) raised to the power of
2877       (i/(ntemps-1)). This should give roughly equal exchange for
2878       constant heat capacity, though of course things simulations that
2879       involve protein folding have very high heat capacity peaks.
2881    .. mdp-value:: exponential
2883       Interpolates temperatures exponentially between
2884       :mdp:`sim-temp-low` and :mdp:`sim-temp-high`. The i:th state
2885       has temperature :mdp:`sim-temp-low` + (:mdp:`sim-temp-high` -
2886       :mdp:`sim-temp-low`)*((exp(:mdp:`temperature-lambdas`
2887       (i))-1)/(exp(1.0)-i)).
2890 Non-equilibrium MD
2891 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2893 .. mdp:: acc-grps
2895    groups for constant acceleration (*e.g.* ``Protein Sol``) all atoms
2896    in groups Protein and Sol will experience constant acceleration as
2897    specified in the :mdp:`accelerate` line
2899 .. mdp:: accelerate
2901    (0) [nm ps\ :sup:`-2`]
2902    acceleration for :mdp:`acc-grps`; x, y and z for each group
2903    (*e.g.* ``0.1 0.0 0.0 -0.1 0.0 0.0`` means that first group has
2904    constant acceleration of 0.1 nm ps\ :sup:`-2` in X direction, second group
2905    the opposite).
2907 .. mdp:: freezegrps
2909    Groups that are to be frozen (*i.e.* their X, Y, and/or Z position
2910    will not be updated; *e.g.* ``Lipid SOL``). :mdp:`freezedim`
2911    specifies for which dimension(s) the freezing applies. To avoid
2912    spurious contributions to the virial and pressure due to large
2913    forces between completely frozen atoms you need to use energy group
2914    exclusions, this also saves computing time. Note that coordinates
2915    of frozen atoms are not scaled by pressure-coupling algorithms.
2917 .. mdp:: freezedim
2919    dimensions for which groups in :mdp:`freezegrps` should be frozen,
2920    specify `Y` or `N` for X, Y and Z and for each group (*e.g.* ``Y Y
2921    N N N N`` means that particles in the first group can move only in
2922    Z direction. The particles in the second group can move in any
2923    direction).
2925 .. mdp:: cos-acceleration
2927    (0) [nm ps\ :sup:`-2`]
2928    the amplitude of the acceleration profile for calculating the
2929    viscosity. The acceleration is in the X-direction and the magnitude
2930    is :mdp:`cos-acceleration` cos(2 pi z/boxheight). Two terms are
2931    added to the energy file: the amplitude of the velocity profile and
2932    1/viscosity.
2934 .. mdp:: deform
2936    (0 0 0 0 0 0) [nm ps\ :sup:`-1`]
2937    The velocities of deformation for the box elements: a(x) b(y) c(z)
2938    b(x) c(x) c(y). Each step the box elements for which :mdp:`deform`
2939    is non-zero are calculated as: box(ts)+(t-ts)*deform, off-diagonal
2940    elements are corrected for periodicity. The coordinates are
2941    transformed accordingly. Frozen degrees of freedom are (purposely)
2942    also transformed. The time ts is set to t at the first step and at
2943    steps at which x and v are written to trajectory to ensure exact
2944    restarts. Deformation can be used together with semiisotropic or
2945    anisotropic pressure coupling when the appropriate
2946    compressibilities are set to zero. The diagonal elements can be
2947    used to strain a solid. The off-diagonal elements can be used to
2948    shear a solid or a liquid.
2951 Electric fields
2952 ^^^^^^^^^^^^^^^
2954 .. mdp:: electric-field-x
2955 .. mdp:: electric-field-y
2956 .. mdp:: electric-field-z
2958    Here you can specify an electric field that optionally can be
2959    alternating and pulsed. The general expression for the field
2960    has the form of a gaussian laser pulse:
2962    .. math:: E(t) = E_0 \exp\left[-\frac{(t-t_0)^2}{2\sigma^2}\right]\cos\left[\omega (t-t_0)\right]
2964    For example, the four parameters for direction x are set in the
2965    fields of :mdp:`electric-field-x` (and similar for ``electric-field-y``
2966    and ``electric-field-z``) like
2968    ``electric-field-x  = E0 omega t0 sigma``
2970    with units (respectively) V nm\ :sup:`-1`, ps\ :sup:`-1`, ps, ps.
2972    In the special case that ``sigma = 0``, the exponential term is omitted
2973    and only the cosine term is used. If also ``omega = 0`` a static
2974    electric field is applied.
2976    Read more at :ref:`electric fields` and in ref. \ :ref:`146 <refCaleman2008a>`.
2979 Mixed quantum/classical molecular dynamics
2980 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2982 .. MDP:: QMMM
2984    .. mdp-value:: no
2986       No QM/MM.
2988    .. mdp-value:: yes
2990       Do a QM/MM simulation. Several groups can be described at
2991       different QM levels separately. These are specified in the
2992       :mdp:`QMMM-grps` field separated by spaces. The level of *ab
2993       initio* theory at which the groups are described is specified by
2994       :mdp:`QMmethod` and :mdp:`QMbasis` Fields. Describing the
2995       groups at different levels of theory is only possible with the
2996       ONIOM QM/MM scheme, specified by :mdp:`QMMMscheme`.
2998 .. mdp:: QMMM-grps
3000    groups to be descibed at the QM level (works also in case of MiMiC QM/MM)
3002 .. mdp:: QMMMscheme
3004    .. mdp-value:: normal
3006       normal QM/MM. There can only be one :mdp:`QMMM-grps` that is
3007       modelled at the :mdp:`QMmethod` and :mdp:`QMbasis` level of
3008       *ab initio* theory. The rest of the system is described at the
3009       MM level. The QM and MM subsystems interact as follows: MM point
3010       charges are included in the QM one-electron hamiltonian and all
3011       Lennard-Jones interactions are described at the MM level.
3013    .. mdp-value:: ONIOM
3015       The interaction between the subsystem is described using the
3016       ONIOM method by Morokuma and co-workers. There can be more than
3017       one :mdp:`QMMM-grps` each modeled at a different level of QM
3018       theory (:mdp:`QMmethod` and :mdp:`QMbasis`).
3020 .. mdp:: QMmethod
3022    (RHF)
3023    Method used to compute the energy and gradients on the QM
3024    atoms. Available methods are AM1, PM3, RHF, UHF, DFT, B3LYP, MP2,
3025    CASSCF, and MMVB. For CASSCF, the number of electrons and orbitals
3026    included in the active space is specified by :mdp:`CASelectrons`
3027    and :mdp:`CASorbitals`.
3029 .. mdp:: QMbasis
3031    (STO-3G)
3032    Basis set used to expand the electronic wavefuntion. Only Gaussian
3033    basis sets are currently available, *i.e.* ``STO-3G, 3-21G, 3-21G*,
3034    3-21+G*, 6-21G, 6-31G, 6-31G*, 6-31+G*,`` and ``6-311G``.
3036 .. mdp:: QMcharge
3038    (0) [integer]
3039    The total charge in `e` of the :mdp:`QMMM-grps`. In case there are
3040    more than one :mdp:`QMMM-grps`, the total charge of each ONIOM
3041    layer needs to be specified separately.
3043 .. mdp:: QMmult
3045    (1) [integer]
3046    The multiplicity of the :mdp:`QMMM-grps`. In case there are more
3047    than one :mdp:`QMMM-grps`, the multiplicity of each ONIOM layer
3048    needs to be specified separately.
3050 .. mdp:: CASorbitals
3052    (0) [integer]
3053    The number of orbitals to be included in the active space when
3054    doing a CASSCF computation.
3056 .. mdp:: CASelectrons
3058    (0) [integer]
3059    The number of electrons to be included in the active space when
3060    doing a CASSCF computation.
3062 .. MDP:: SH
3064    .. mdp-value:: no
3066       No surface hopping. The system is always in the electronic
3067       ground-state.
3069    .. mdp-value:: yes
3071       Do a QM/MM MD simulation on the excited state-potential energy
3072       surface and enforce a *diabatic* hop to the ground-state when
3073       the system hits the conical intersection hyperline in the course
3074       the simulation. This option only works in combination with the
3075       CASSCF method.
3078 Computational Electrophysiology
3079 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3080 Use these options to switch on and control ion/water position exchanges in "Computational
3081 Electrophysiology" simulation setups. (See the `reference manual`_ for details).
3083 .. mdp:: swapcoords
3085    .. mdp-value:: no
3087       Do not enable ion/water position exchanges.
3089    .. mdp-value:: X ; Y ; Z
3091       Allow for ion/water position exchanges along the chosen direction.
3092       In a typical setup with the membranes parallel to the x-y plane,
3093       ion/water pairs need to be exchanged in Z direction to sustain the
3094       requested ion concentrations in the compartments.
3096 .. mdp:: swap-frequency
3098    (1) The swap attempt frequency, i.e. every how many time steps the ion counts
3099    per compartment are determined and exchanges made if necessary.
3100    Normally it is not necessary to check at every time step.
3101    For typical Computational Electrophysiology setups, a value of about 100 is
3102    sufficient and yields a negligible performance impact.
3104 .. mdp:: split-group0
3106    Name of the index group of the membrane-embedded part of channel #0.
3107    The center of mass of these atoms defines one of the compartment boundaries
3108    and should be chosen such that it is near the center of the membrane.
3110 .. mdp:: split-group1
3112    Channel #1 defines the position of the other compartment boundary.
3114 .. mdp:: massw-split0
3116    (no) Defines whether or not mass-weighting is used to calculate the split group center.
3118    .. mdp-value:: no
3120       Use the geometrical center.
3122    .. mdp-value:: yes
3124       Use the center of mass.
3126 .. mdp:: massw-split1
3128    (no) As above, but for split-group #1.
3130 .. mdp:: solvent-group
3132    Name of the index group of solvent molecules.
3134 .. mdp:: coupl-steps
3136    (10) Average the number of ions per compartment over these many swap attempt steps.
3137    This can be used to prevent that ions near a compartment boundary
3138    (diffusing through a channel, e.g.) lead to unwanted back and forth swaps.
3140 .. mdp:: iontypes
3142    (1) The number of different ion types to be controlled. These are during the
3143    simulation exchanged with solvent molecules to reach the desired reference numbers.
3145 .. mdp:: iontype0-name
3147    Name of the first ion type.
3149 .. mdp:: iontype0-in-A
3151    (-1) Requested (=reference) number of ions of type 0 in compartment A.
3152    The default value of -1 means: use the number of ions as found in time step 0
3153    as reference value.
3155 .. mdp:: iontype0-in-B
3157    (-1) Reference number of ions of type 0 for compartment B.
3159 .. mdp:: bulk-offsetA
3161    (0.0) Offset of the first swap layer from the compartment A midplane.
3162    By default (i.e. bulk offset = 0.0), ion/water exchanges happen between layers
3163    at maximum distance (= bulk concentration) to the split group layers. However,
3164    an offset b (-1.0 < b < +1.0) can be specified to offset the bulk layer from the middle at 0.0
3165    towards one of the compartment-partitioning layers (at +/- 1.0).
3167 .. mdp:: bulk-offsetB
3169    (0.0) Offset of the other swap layer from the compartment B midplane.
3172 .. mdp:: threshold
3174    (\1) Only swap ions if threshold difference to requested count is reached.
3176 .. mdp:: cyl0-r
3178    (2.0) [nm] Radius of the split cylinder #0.
3179    Two split cylinders (mimicking the channel pores) can optionally be defined
3180    relative to the center of the split group. With the help of these cylinders
3181    it can be counted which ions have passed which channel. The split cylinder
3182    definition has no impact on whether or not ion/water swaps are done.
3184 .. mdp:: cyl0-up
3186    (1.0) [nm] Upper extension of the split cylinder #0.
3188 .. mdp:: cyl0-down
3190    (1.0) [nm] Lower extension of the split cylinder #0.
3192 .. mdp:: cyl1-r
3194    (2.0) [nm] Radius of the split cylinder #1.
3196 .. mdp:: cyl1-up
3198    (1.0) [nm] Upper extension of the split cylinder #1.
3200 .. mdp:: cyl1-down
3202    (1.0) [nm] Lower extension of the split cylinder #1.
3204 Density-guided simulations
3205 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3207 These options enable and control the calculation and application of additional
3208 forces that are derived from three-dimensional densities, e.g., from cryo
3209 electron-microscopy experiments. (See the `reference manual`_ for details)
3211 .. mdp:: density-guided-simulation-active
3213    (no) Activate density-guided simulations.
3215 .. mdp:: density-guided-simulation-group
3217    (protein) The atoms that are subject to the forces from the density-guided
3218    simulation and contribute to the simulated density.
3220 .. mdp:: density-guided-simulation-similarity-measure
3222    (inner-product) Similarity measure between the density that is calculated
3223    from the atom positions and the reference density.
3225    .. mdp-value:: inner-product
3227       Takes the sum of the product of reference density and simulated density
3228       voxel values.
3230    .. mdp-value:: relative-entropy
3232       Uses the negative relative entropy (or Kullback-Leibler divergence)
3233       between reference density and simulated density as similarity measure.
3234       Negative density values are ignored.
3236 .. mdp:: density-guided-simulation-atom-spreading-weight
3238    (unity) Determines the multiplication factor for the Gaussian kernel when
3239    spreading atoms on the grid.
3241    .. mdp-value:: unity
3243       Every atom in the density fitting group is assigned the same unit factor.
3245    .. mdp-value:: mass
3247       Atoms contribute to the simulated density proportional to their mass.
3249    .. mdp-value:: charge
3251       Atoms contribute to the simulated density proportional to their charge.
3253 .. mdp:: density-guided-simulation-force-constant
3255    (1e+09) [kJ mol\ :sup:`-1`] The scaling factor for density-guided simulation
3256    forces. May also be negative.
3258 .. mdp:: density-guided-simulation-gaussian-transform-spreading-width
3260    (0.2) [nm] The Gaussian RMS width for the spread kernel for the simulated
3261    density.
3263 .. mdp:: density-guided-simulation-gaussian-transform-spreading-range-in-multiples-of-width
3265    (4) The range after which the gaussian is cut off in multiples of the Gaussian
3266    RMS width described above.
3268 .. mdp:: density-guided-simulation-reference-density-filename
3270    (reference.mrc) Reference density file name using an absolute path or a path
3271    relative to the to the folder from which :ref:`gmx mdrun` is called.
3273 .. mdp:: density-guided-simulation-nst
3275    (1) Interval in steps at which the density fitting forces are evaluated
3276    and applied. The forces are scaled by this number when applied (See the
3277    `reference manual`_ for details).
3279 .. mdp:: density-guided-simulation-normalize-densities
3281    (true) Normalize the sum of density voxel values to one for the reference
3282    density as well as the simulated density.
3284 .. mdp:: density-guided-simulation-adaptive-force-scaling
3286    (false) Adapt the force constant to ensure a steady increase in similarity
3287    between simulated and reference density.
3289    .. mdp-value: false
3291       Do not use adaptive force scaling.
3293    .. mdp-value:: true
3295       Use adaptive force scaling.
3297 .. mdp:: density-guided-simulation-adaptive-force-scaling-time-constant
3299    (4) [ps] Couple force constant to increase in similarity with reference density
3300    with this time constant. Larger times result in looser coupling.
3302 User defined thingies
3303 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3305 .. mdp:: user1-grps
3306 .. mdp:: user2-grps
3307 .. mdp:: userint1 (0)
3308 .. mdp:: userint2 (0)
3309 .. mdp:: userint3 (0)
3310 .. mdp:: userint4 (0)
3311 .. mdp:: userreal1 (0)
3312 .. mdp:: userreal2 (0)
3313 .. mdp:: userreal3 (0)
3314 .. mdp:: userreal4 (0)
3316    These you can use if you modify code. You can pass integers and
3317    reals and groups to your subroutine. Check the inputrec definition
3318    in ``src/gromacs/mdtypes/inputrec.h``
3320 Removed features
3321 ^^^^^^^^^^^^^^^^
3323 These features have been removed from |Gromacs|, but so that old
3324 :ref:`mdp` and :ref:`tpr` files cannot be mistakenly misused, we still
3325 parse this option. :ref:`gmx grompp` and :ref:`gmx mdrun` will issue a
3326 fatal error if this is set.
3328 .. mdp:: adress
3330    (no)
3332 .. mdp:: implicit-solvent
3334    (no)
3336 .. _reference manual: gmx-manual-parent-dir_